JP2000350482A - 圧電アクチュエータ - Google Patents
圧電アクチュエータInfo
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
- H02N2/06—Drive circuits; Control arrangements or methods
- H02N2/065—Large signal circuits, e.g. final stages
- H02N2/067—Large signal circuits, e.g. final stages generating drive pulses
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
- H02N2/021—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors using intermittent driving, e.g. step motors, piezoleg motors
- H02N2/025—Inertial sliding motors
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 圧電アクチュエータの駆動装置の回路構成の
簡素化、小型化を図る。 【解決手段】 圧電アクチュエータの駆動装置はＦＥＴ
を用いたスイッチ回路のみからなる第１回路１２１〜第
４回路１２４で構成されたブリッジ回路からなる駆動回
路１２とこの駆動回路１２の駆動を制御する制御回路１
０とで構成されている。ブリッジ回路の接続点ａ，ｃ間
に電源が接続され、接続点ｂ，ｄ間に圧電部材３が接続
される。圧電部材３は極性を交互に反転させて電源電圧
ＶPが印加され、電圧印加期間を異ならせることにより
異なる期間で伸長動作と縮小動作とを繰り返す。抵抗等
の電流制限素子を除去し、スイッチ回路のみで駆動回路
を構成することにより圧電アクチュエータの駆動装置の
簡素化、小型化を図った。
簡素化、小型化を図る。 【解決手段】 圧電アクチュエータの駆動装置はＦＥＴ
を用いたスイッチ回路のみからなる第１回路１２１〜第
４回路１２４で構成されたブリッジ回路からなる駆動回
路１２とこの駆動回路１２の駆動を制御する制御回路１
０とで構成されている。ブリッジ回路の接続点ａ，ｃ間
に電源が接続され、接続点ｂ，ｄ間に圧電部材３が接続
される。圧電部材３は極性を交互に反転させて電源電圧
ＶPが印加され、電圧印加期間を異ならせることにより
異なる期間で伸長動作と縮小動作とを繰り返す。抵抗等
の電流制限素子を除去し、スイッチ回路のみで駆動回路
を構成することにより圧電アクチュエータの駆動装置の
簡素化、小型化を図った。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はインパクト形圧電ア
クチュエータに関する。
クチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、被駆動部材を棒状の駆動部材に軸
方向に移動可能に取り付けるとともに、この駆動部材の
一方端に分極方向を軸方向に一致させて圧電素子を固着
してなるインパクト形圧電アクチュエータが知られてい
る。例えば特開平７−２９８６５６号公報にはカメラの
撮影レンズのアクチュエータとしてインパクト形圧電ア
クチュエータを適用したものが示されている。
方向に移動可能に取り付けるとともに、この駆動部材の
一方端に分極方向を軸方向に一致させて圧電素子を固着
してなるインパクト形圧電アクチュエータが知られてい
る。例えば特開平７−２９８６５６号公報にはカメラの
撮影レンズのアクチュエータとしてインパクト形圧電ア
クチュエータを適用したものが示されている。
【０００３】図１１は同公報に示されるインパクト形圧
電アクチュエータの概略構成を示す図である。また、図
１２及び図１３は同インパクト形圧電アクチュエータの
駆動回路の低速充電回路に適用される回路例であり、図
１４は同インパクト形圧電アクチュエータの駆動回路の
低速放電回路に適用される回路例である。
電アクチュエータの概略構成を示す図である。また、図
１２及び図１３は同インパクト形圧電アクチュエータの
駆動回路の低速充電回路に適用される回路例であり、図
１４は同インパクト形圧電アクチュエータの駆動回路の
低速放電回路に適用される回路例である。
【０００４】インパクト形圧電アクチュエータ１００は
図１１に示すように、棒状の駆動部材１０１、被駆動部
材１０２、積層型圧電素子１０３及び駆動回路１０４か
ら構成されている。被駆動部材１０２は駆動部材１０１
に所定の摩擦力で固定され、この摩擦力以上の力が作用
すると、駆動部材１０１の軸方向に移動可能になってい
る。そして、被駆動部材１０２に撮影レンズ等の駆動対
象物が固着されるようになっている。また、駆動部材１
０１の一方端に積層型圧電素子１０３が分極方向を軸方
向に一致させて固着されている。圧電素子１０３の両端
面には電極１０３ａ，１０３ｂが形成され、一方の電極
１０３ｂは接地され、他方の電極１０３ａに駆動回路１
０４が接続されている。
図１１に示すように、棒状の駆動部材１０１、被駆動部
材１０２、積層型圧電素子１０３及び駆動回路１０４か
ら構成されている。被駆動部材１０２は駆動部材１０１
に所定の摩擦力で固定され、この摩擦力以上の力が作用
すると、駆動部材１０１の軸方向に移動可能になってい
る。そして、被駆動部材１０２に撮影レンズ等の駆動対
象物が固着されるようになっている。また、駆動部材１
０１の一方端に積層型圧電素子１０３が分極方向を軸方
向に一致させて固着されている。圧電素子１０３の両端
面には電極１０３ａ，１０３ｂが形成され、一方の電極
１０３ｂは接地され、他方の電極１０３ａに駆動回路１
０４が接続されている。
【０００５】駆動回路１０４は被駆動部材１０２を駆動
部材１０１の先端（開放端）側に移動（以下、この移動
方向を正方向という。）させる正方向駆動回路１０５と
被駆動部材１０２を駆動部材１０１の基端側に移動（以
下、この移動方向を逆方向という。）させる逆方向駆動
回路１０６と両駆動回路１０５，１０６の駆動を制御す
る制御回路１０７とで構成されている。
部材１０１の先端（開放端）側に移動（以下、この移動
方向を正方向という。）させる正方向駆動回路１０５と
被駆動部材１０２を駆動部材１０１の基端側に移動（以
下、この移動方向を逆方向という。）させる逆方向駆動
回路１０６と両駆動回路１０５，１０６の駆動を制御す
る制御回路１０７とで構成されている。
【０００６】従来のインパクト形圧電アクチュエータ１
００は駆動部材１０１を異なる速度で振動させた際の当
該駆動部材１０１と被駆動部材１０２との間に発生する
摩擦力の相違を利用して被駆動部材１０２を駆動部材１
０１に対して相対的に移動させるようにしている。すな
わち、被駆動部材１０２と駆動部材１０１との間の摩擦
力は駆動部材１０１が高速で移動するときは低く、低速
で移動するときは高くなるから、駆動部材１０１の正方
向移動時は低速で行い、逆方向移動時は高速で行うこと
により被駆動部材１０２を駆動部材１０１に対して相対
的に正方向に移動させ（正方向駆動）、駆動部材１０１
の正方向移動時は高速で行い、逆方向移動時は低速で行
うことにより被駆動部材１０２を駆動部材１０１に対し
て相対的に逆方向に移動させるようにしている（逆方向
駆動）。
００は駆動部材１０１を異なる速度で振動させた際の当
該駆動部材１０１と被駆動部材１０２との間に発生する
摩擦力の相違を利用して被駆動部材１０２を駆動部材１
０１に対して相対的に移動させるようにしている。すな
わち、被駆動部材１０２と駆動部材１０１との間の摩擦
力は駆動部材１０１が高速で移動するときは低く、低速
で移動するときは高くなるから、駆動部材１０１の正方
向移動時は低速で行い、逆方向移動時は高速で行うこと
により被駆動部材１０２を駆動部材１０１に対して相対
的に正方向に移動させ（正方向駆動）、駆動部材１０１
の正方向移動時は高速で行い、逆方向移動時は低速で行
うことにより被駆動部材１０２を駆動部材１０１に対し
て相対的に逆方向に移動させるようにしている（逆方向
駆動）。
【０００７】従って、正方向駆動回路１０５は低速充電
回路１０５ａと高速放電回路１０５ｂとから構成され、
逆方向駆動回路１０６は高速充電回路１０６ａと低速放
電回路１０６ｂとから構成されている。充電回路１０５
ａ，１０６ａは圧電素子１０３に分極方向の電源電圧Ｖ
Pを印加して（圧電素子１０３を分極方向に充電して）
当該圧電素子１０３を分極方向（駆動部材１０１の軸方
向）に伸長させる回路である。低速充電回路１０５ａは
図１２，図１３に示すように、定電流回路で構成され、
充電電流を制限することにより充電速度を抑制（すなわ
ち、駆動部材１０１の正方向移動時の速度を抑制）する
ようになっている。
回路１０５ａと高速放電回路１０５ｂとから構成され、
逆方向駆動回路１０６は高速充電回路１０６ａと低速放
電回路１０６ｂとから構成されている。充電回路１０５
ａ，１０６ａは圧電素子１０３に分極方向の電源電圧Ｖ
Pを印加して（圧電素子１０３を分極方向に充電して）
当該圧電素子１０３を分極方向（駆動部材１０１の軸方
向）に伸長させる回路である。低速充電回路１０５ａは
図１２，図１３に示すように、定電流回路で構成され、
充電電流を制限することにより充電速度を抑制（すなわ
ち、駆動部材１０１の正方向移動時の速度を抑制）する
ようになっている。
【０００８】図１２はｐｎｐ形トランジスタＴｒ１の固
定バイアス回路にツェナーダイオードＺＤを並列接続し
てなる定電流充電回路である。抵抗ｒ１，ｒ２はトラン
ジスタＴｒ１のバイアス抵抗であり、ツェナーダイオー
ドＺＤはベースのバイアス抵抗ｒ２に並列に接続されて
いる。ツェナーダイオードＺＤによってトランジスタＴ
ｒ１のベース電圧を一定値に保持することで抵抗ｒ１の
電圧降下を所定の値に安定化し、これによりコレクタ電
流が所定値に抑制されるようになっている。
定バイアス回路にツェナーダイオードＺＤを並列接続し
てなる定電流充電回路である。抵抗ｒ１，ｒ２はトラン
ジスタＴｒ１のバイアス抵抗であり、ツェナーダイオー
ドＺＤはベースのバイアス抵抗ｒ２に並列に接続されて
いる。ツェナーダイオードＺＤによってトランジスタＴ
ｒ１のベース電圧を一定値に保持することで抵抗ｒ１の
電圧降下を所定の値に安定化し、これによりコレクタ電
流が所定値に抑制されるようになっている。
【０００９】また、図１３は図１２において抵抗ｒ２と
ツェナーダイオードＺＤとの並列回路がｎｐｎ形トラン
ジスタＴｒ２に置き換えられたものである。トランジス
タＴｒ２のベースとコレクタとはそれぞれトランジスタ
Ｔｒ１のエミッタとベースとに接続され、トランジスタ
Ｔｒ２のエミッタは電源ＶPに接続されている。トラン
ジスタＴｒ２によってトランジスタＴｒ１のベース電圧
を一定値に保持することで抵抗ｒ１の電圧降下を所定の
値に安定化し、これによりコレクタ電流が所定値に抑制
されるようになっている。
ツェナーダイオードＺＤとの並列回路がｎｐｎ形トラン
ジスタＴｒ２に置き換えられたものである。トランジス
タＴｒ２のベースとコレクタとはそれぞれトランジスタ
Ｔｒ１のエミッタとベースとに接続され、トランジスタ
Ｔｒ２のエミッタは電源ＶPに接続されている。トラン
ジスタＴｒ２によってトランジスタＴｒ１のベース電圧
を一定値に保持することで抵抗ｒ１の電圧降下を所定の
値に安定化し、これによりコレクタ電流が所定値に抑制
されるようになっている。
【００１０】また、放電回路１０５ｂ，１０６ｂは圧電
素子１０３に分極方向と逆方向の電位を与えて（図では
電極１０３ａを接地して）、充電電荷を放電させること
で伸長した当該圧電素子１０３を縮小させる回路であ
る。低速放電回路１０６ｂは図１４に示すように、定電
流回路で構成され、放電電流を制限することにより充電
速度を抑制する（すなわち、駆動部材１０１の逆方向移
動時の速度を抑制する）ようになっている。
素子１０３に分極方向と逆方向の電位を与えて（図では
電極１０３ａを接地して）、充電電荷を放電させること
で伸長した当該圧電素子１０３を縮小させる回路であ
る。低速放電回路１０６ｂは図１４に示すように、定電
流回路で構成され、放電電流を制限することにより充電
速度を抑制する（すなわち、駆動部材１０１の逆方向移
動時の速度を抑制する）ようになっている。
【００１１】図１４はｎｐｎ形トランジスタＴｒ３のベ
ースとアース間にツェナーダイオードＺＤを接続してな
る定電流放電回路である。抵抗ｒ４は放電電流を制限す
る抵抗である。ツェナーダイオードＺＤによってトラン
ジスタＴｒ３のベース電位を所定の値に保持することで
抵抗ｒ４の電圧降下を所定の値に安定化し、これにより
抵抗ｒ４を流れるエミッタ電流（放電電流）が所定の値
に抑制されるようになっている。
ースとアース間にツェナーダイオードＺＤを接続してな
る定電流放電回路である。抵抗ｒ４は放電電流を制限す
る抵抗である。ツェナーダイオードＺＤによってトラン
ジスタＴｒ３のベース電位を所定の値に保持することで
抵抗ｒ４の電圧降下を所定の値に安定化し、これにより
抵抗ｒ４を流れるエミッタ電流（放電電流）が所定の値
に抑制されるようになっている。
【００１２】制御回路１０７は正方向駆動回路１０５及
び逆方向駆動回路１０６の駆動を制御するもので、正方
向駆動において、低速充電回路１０５ａと高速放電回路
１０５ｂとを交互に駆動し、また、逆方向駆動におい
て、高速充電回路１０６ａと低速放電回路１０６ｂとを
交互に駆動する。
び逆方向駆動回路１０６の駆動を制御するもので、正方
向駆動において、低速充電回路１０５ａと高速放電回路
１０５ｂとを交互に駆動し、また、逆方向駆動におい
て、高速充電回路１０６ａと低速放電回路１０６ｂとを
交互に駆動する。
【００１３】正方向駆動において、低速充電回路１０５
ａと高速放電回路１０５ｂとを交互に駆動すると、圧電
素子１０３が低速伸長と高速縮小とを交互に繰り返し、
これにより駆動部材１０１が正方向の低速移動と逆方向
の高速移動とを繰り返す。一方、逆方向駆動において、
高速充電回路１０６ａと低速放電回路１０６ｂとを交互
に駆動すると、圧電素子１０３が高速伸長と低速縮小と
を交互に繰り返し、これにより駆動部材１０１が正方向
の高速移動と逆方向の低速移動とを繰り返す。従って、
正方向駆動においては被駆動部材１０２が駆動部材１０
１に対して相対的に正方向に移動し、逆方向駆動におい
ては被駆動部材１０２が駆動部材１０１に対して相対的
に逆方向に移動する。
ａと高速放電回路１０５ｂとを交互に駆動すると、圧電
素子１０３が低速伸長と高速縮小とを交互に繰り返し、
これにより駆動部材１０１が正方向の低速移動と逆方向
の高速移動とを繰り返す。一方、逆方向駆動において、
高速充電回路１０６ａと低速放電回路１０６ｂとを交互
に駆動すると、圧電素子１０３が高速伸長と低速縮小と
を交互に繰り返し、これにより駆動部材１０１が正方向
の高速移動と逆方向の低速移動とを繰り返す。従って、
正方向駆動においては被駆動部材１０２が駆動部材１０
１に対して相対的に正方向に移動し、逆方向駆動におい
ては被駆動部材１０２が駆動部材１０１に対して相対的
に逆方向に移動する。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、カメラの撮
影レンズや双眼鏡のレンズ等の携帯機器の光学系の駆動
源としてインパクト形アクチュエータを適用する場合、
携帯機器の軽量化、小型化等を考慮すると、駆動回路は
できる限り簡単かつ小型であることが望ましい。しか
し、上記従来のインパクト形圧電アクチュエータの駆動
回路１０４は定電流回路によって充電電流若しくは放電
電流が制限されるようになっているので、回路素子数が
多く、駆動回路１０４の小型化が困難となっている。
影レンズや双眼鏡のレンズ等の携帯機器の光学系の駆動
源としてインパクト形アクチュエータを適用する場合、
携帯機器の軽量化、小型化等を考慮すると、駆動回路は
できる限り簡単かつ小型であることが望ましい。しか
し、上記従来のインパクト形圧電アクチュエータの駆動
回路１０４は定電流回路によって充電電流若しくは放電
電流が制限されるようになっているので、回路素子数が
多く、駆動回路１０４の小型化が困難となっている。
【００１５】本発明は、上記課題及び検討結果に鑑みて
なされたものであり、回路構成の簡単な小型化の可能な
圧電アクチュエータを提供するものである。
なされたものであり、回路構成の簡単な小型化の可能な
圧電アクチュエータを提供するものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明は、圧電体と、上
記圧電体の分極方向の一方端に固定された駆動部材と、
上記圧電体の他方端に固定された支持部材と、上記駆動
部材に当該駆動部材の移動方向に相対的に移動可能に所
定の摩擦力で係合された被駆動部材と、上記圧電体に分
極方向の電圧を印加して当該分極方向に充放電する第１
の駆動手段と、上記圧電体に分極方向と逆方向の電圧を
印加して上記第１の駆動手段の充放電速度と略同一の速
度で当該分極方向と逆方向に充放電する第２の駆動手段
と、上記第１の駆動手段の駆動時間と上記第２の駆動手
段の駆動時間とを異ならせて上記第１，第２の駆動手段
を交互に駆動する駆動制御手段とを備えたものである
（請求項１）。
記圧電体の分極方向の一方端に固定された駆動部材と、
上記圧電体の他方端に固定された支持部材と、上記駆動
部材に当該駆動部材の移動方向に相対的に移動可能に所
定の摩擦力で係合された被駆動部材と、上記圧電体に分
極方向の電圧を印加して当該分極方向に充放電する第１
の駆動手段と、上記圧電体に分極方向と逆方向の電圧を
印加して上記第１の駆動手段の充放電速度と略同一の速
度で当該分極方向と逆方向に充放電する第２の駆動手段
と、上記第１の駆動手段の駆動時間と上記第２の駆動手
段の駆動時間とを異ならせて上記第１，第２の駆動手段
を交互に駆動する駆動制御手段とを備えたものである
（請求項１）。
【００１７】圧電アクチュエータは、圧電体と、この圧
電体の分極方向の一方端に固定された駆動部材と、この
駆動部材に所定の摩擦力で移動方向に相対的に移動可能
に係合された被駆動部材と、圧電体の駆動装置とからな
り、圧電体に分極方向の電圧と分極方向に対して逆方向
の電圧とを交互に印加して当該圧電体を振動させ、これ
により駆動部材を移動方向に往復動させて被駆動部材を
当該駆動部材に対して相対的に移動させるようになって
いる。
電体の分極方向の一方端に固定された駆動部材と、この
駆動部材に所定の摩擦力で移動方向に相対的に移動可能
に係合された被駆動部材と、圧電体の駆動装置とからな
り、圧電体に分極方向の電圧と分極方向に対して逆方向
の電圧とを交互に印加して当該圧電体を振動させ、これ
により駆動部材を移動方向に往復動させて被駆動部材を
当該駆動部材に対して相対的に移動させるようになって
いる。
【００１８】本発明によれば、圧電体を分極方向に充電
する速度と分極方向に対して逆方向に充電する速度とを
略同一にし、当該圧電体の分極方向への充放電時間と分
極方向と逆方向への充放電時間とに（すなわち、圧電部
材に伸縮に）比較的大きな差を設けることにより被駆動
部材が駆動部材に対して相対的に移動される。従来のよ
うに分極方向の充電速度と分極方向に対して逆方向の充
電速度とに差を設けるために充電電流を制限するための
素子が必要でなくなるので、この分回路構成が簡単にな
り、圧電アクチュエータの簡素化、小型化が可能にな
る。
する速度と分極方向に対して逆方向に充電する速度とを
略同一にし、当該圧電体の分極方向への充放電時間と分
極方向と逆方向への充放電時間とに（すなわち、圧電部
材に伸縮に）比較的大きな差を設けることにより被駆動
部材が駆動部材に対して相対的に移動される。従来のよ
うに分極方向の充電速度と分極方向に対して逆方向の充
電速度とに差を設けるために充電電流を制限するための
素子が必要でなくなるので、この分回路構成が簡単にな
り、圧電アクチュエータの簡素化、小型化が可能にな
る。
【００１９】また、本発明は、上記第１の駆動手段は、
上記圧電体の分極方向と逆方向に蓄積された電荷を放電
し、かつ、上記圧電体を分極方向に充電する充放電回路
からなり、上記第２の駆動手段は、上記圧電体の分極方
向に蓄積された電荷を放電し、かつ、上記圧電体を分極
方向と逆方向に充電する充放電回路からなるものである
（請求項２）。
上記圧電体の分極方向と逆方向に蓄積された電荷を放電
し、かつ、上記圧電体を分極方向に充電する充放電回路
からなり、上記第２の駆動手段は、上記圧電体の分極方
向に蓄積された電荷を放電し、かつ、上記圧電体を分極
方向と逆方向に充電する充放電回路からなるものである
（請求項２）。
【００２０】上記構成によれば、第１の駆動手段は圧電
体に分極方向の電圧を印加して圧電体の分極方向と逆方
向に蓄積された電荷を放電するとともに、圧電体を分極
方向に充電し、第２の駆動手段は圧電体に分極方向と逆
方向に電圧を印加して圧電体の分極方向に蓄積された電
荷を放電するとともに、圧電体を分極方向と逆方向に充
電する。従って、圧電体には見かけ上印加電圧の２倍の
電圧が駆動電圧として供給され、単位電圧当たりの圧電
体の伸縮量が増大し、圧電アクチュエータの駆動効率が
向上する。
体に分極方向の電圧を印加して圧電体の分極方向と逆方
向に蓄積された電荷を放電するとともに、圧電体を分極
方向に充電し、第２の駆動手段は圧電体に分極方向と逆
方向に電圧を印加して圧電体の分極方向に蓄積された電
荷を放電するとともに、圧電体を分極方向と逆方向に充
電する。従って、圧電体には見かけ上印加電圧の２倍の
電圧が駆動電圧として供給され、単位電圧当たりの圧電
体の伸縮量が増大し、圧電アクチュエータの駆動効率が
向上する。
【００２１】また、本発明は、上記第１の駆動手段は、
上記圧電体を分極方向に充電する充電回路からなり、上
記第２の駆動手段は、上記圧電体の分極方向に蓄積され
た電荷を放電する放電回路からなるものである（請求項
３）。
上記圧電体を分極方向に充電する充電回路からなり、上
記第２の駆動手段は、上記圧電体の分極方向に蓄積され
た電荷を放電する放電回路からなるものである（請求項
３）。
【００２２】上記構成によれば、第１の駆動手段は圧電
体に分極方向の電圧を印加して圧電体を分極方向に充電
し、第２の駆動手段は圧電体に分極方向と逆方向に電圧
を印加して圧電体の分極方向に蓄積された電荷を放電す
る。圧電体には充電時にだけ電源から電流が供給される
ので、電力消費が抑制される。
体に分極方向の電圧を印加して圧電体を分極方向に充電
し、第２の駆動手段は圧電体に分極方向と逆方向に電圧
を印加して圧電体の分極方向に蓄積された電荷を放電す
る。圧電体には充電時にだけ電源から電流が供給される
ので、電力消費が抑制される。
【００２３】また、本発明は、上記第１，第２の駆動手
段は、スイッチ回路からなる第１回路と第２回路とが直
列接続されるとともに、スイッチ回路からなる第３回路
と第４回路とが直列接続され、更に上記第１回路と上記
第２回路との接続点と上記第３回路と上記第４回路との
接続点との間に圧電体が接続され、かつ、上記第２回路
と上記第３回路との接続点と上記第１回路と上記第４回
路との接続点との間に電源が接続されてなるブリッジ回
路からなり、上記第２回路及び上記第４回路と上記電源
とで上記第１の駆動手段が構成され、上記第１回路及び
上記第３回路と上記電源とで上記第２の駆動回路が構成
されるものである（請求項４）。
段は、スイッチ回路からなる第１回路と第２回路とが直
列接続されるとともに、スイッチ回路からなる第３回路
と第４回路とが直列接続され、更に上記第１回路と上記
第２回路との接続点と上記第３回路と上記第４回路との
接続点との間に圧電体が接続され、かつ、上記第２回路
と上記第３回路との接続点と上記第１回路と上記第４回
路との接続点との間に電源が接続されてなるブリッジ回
路からなり、上記第２回路及び上記第４回路と上記電源
とで上記第１の駆動手段が構成され、上記第１回路及び
上記第３回路と上記電源とで上記第２の駆動回路が構成
されるものである（請求項４）。
【００２４】上記構成によれば、駆動回路をブリッジ回
路で構成することにより被駆動部材を駆動部材に対して
相対的に移動することが可能となる。ブリッジ回路から
なる駆動回路は、第２回路と第４回路（すなわち、２個
のスイッチ回路）で第１の駆動回路を構成し、第１回路
と第３回路（すなわち、２個のスイッチ回路）で第２の
駆動回路を構成することにより全体として４個のスイッ
チ素子で構成され、少ない素子数で両方向に駆動可能な
駆動回路が構成される。
路で構成することにより被駆動部材を駆動部材に対して
相対的に移動することが可能となる。ブリッジ回路から
なる駆動回路は、第２回路と第４回路（すなわち、２個
のスイッチ回路）で第１の駆動回路を構成し、第１回路
と第３回路（すなわち、２個のスイッチ回路）で第２の
駆動回路を構成することにより全体として４個のスイッ
チ素子で構成され、少ない素子数で両方向に駆動可能な
駆動回路が構成される。
【００２５】
【発明の実施の形態】図１は本発明に係る圧電アクチュ
エータの一実施の形態の概略構成を示す斜視図である。
図２は同圧電アクチュエータにおける当接部材の駆動部
材への取付状態を示す要部断面図である。
エータの一実施の形態の概略構成を示す斜視図である。
図２は同圧電アクチュエータにおける当接部材の駆動部
材への取付状態を示す要部断面図である。
【００２６】図１に示す圧電アクチュエータはインパク
ト形圧電アクチュエータである。圧電アクチュエータ１
は支持部材２、圧電部材３、駆動部材４及び被駆動部材
５から構成されている。
ト形圧電アクチュエータである。圧電アクチュエータ１
は支持部材２、圧電部材３、駆動部材４及び被駆動部材
５から構成されている。
【００２７】支持部材２は圧電部材３、駆動部材４及び
被駆動部材５を保持するものである。支持部材２は円柱
状をなし、軸方向の両端部及び略中央の仕切壁２０１を
残して内部を刳り貫くことによって形成された第１収容
空間２０２と第２収容空間２０３とを有している。軸方
向の長さの短い第１収容空間２０２には圧電部材３が積
層方向を支持部材２の軸方向に一致させて収容されてい
る。また、軸方向の長さの長い第２収容空間２０３には
駆動部材４と被駆動部材５とが収容されている。
被駆動部材５を保持するものである。支持部材２は円柱
状をなし、軸方向の両端部及び略中央の仕切壁２０１を
残して内部を刳り貫くことによって形成された第１収容
空間２０２と第２収容空間２０３とを有している。軸方
向の長さの短い第１収容空間２０２には圧電部材３が積
層方向を支持部材２の軸方向に一致させて収容されてい
る。また、軸方向の長さの長い第２収容空間２０３には
駆動部材４と被駆動部材５とが収容されている。
【００２８】圧電部材３は所要の厚さを有する板状の圧
電素子を複数枚、各圧電素子間に薄膜の電極（図略）を
挾み込んで接着してなる積層型圧電体で構成されてい
る。複数枚の圧電素子は隣接する圧電素子の分極方向が
互いに逆向きとなるように積層されている。これは各電
極には隣接する電極間で互いに正負の極性が逆になるよ
うに駆動電圧が並列に印加されるので、各圧電素子が同
一の方向に伸縮して圧電部材全体として大きい伸縮量が
得られるようにするためである。
電素子を複数枚、各圧電素子間に薄膜の電極（図略）を
挾み込んで接着してなる積層型圧電体で構成されてい
る。複数枚の圧電素子は隣接する圧電素子の分極方向が
互いに逆向きとなるように積層されている。これは各電
極には隣接する電極間で互いに正負の極性が逆になるよ
うに駆動電圧が並列に印加されるので、各圧電素子が同
一の方向に伸縮して圧電部材全体として大きい伸縮量が
得られるようにするためである。
【００２９】圧電部材３は長手方向の一方端面（以下、
この端面を基端面という。）が第１収容空間２０２の仕
切壁２０１と反対側の端面に固定されている。支持部材
２の仕切壁２０１及び第２収容空間２０３が隣接する側
の端部（支持部材２の先端部）には軸中心位置に丸孔が
穿設され、棒部材からなる駆動部材４が両丸孔を貫通し
て第２収容空間２０３に軸方向に移動可能に収容されて
いる。なお、駆動部材４の断面形状は丸形状に限定され
るものではなく、楕円形状、矩形形状等の任意の形状に
することができる。
この端面を基端面という。）が第１収容空間２０２の仕
切壁２０１と反対側の端面に固定されている。支持部材
２の仕切壁２０１及び第２収容空間２０３が隣接する側
の端部（支持部材２の先端部）には軸中心位置に丸孔が
穿設され、棒部材からなる駆動部材４が両丸孔を貫通し
て第２収容空間２０３に軸方向に移動可能に収容されて
いる。なお、駆動部材４の断面形状は丸形状に限定され
るものではなく、楕円形状、矩形形状等の任意の形状に
することができる。
【００３０】そして、駆動部材４の第１収容空間２０２
に突出した端部は圧電部材３の他方端面（以下、この面
を先端面という。）に固着され、駆動部材４の支持部材
２の先端部から突出した端部は板バネ６により所要のバ
ネ圧で圧電部材３側に付勢されている。この板バネ６に
よる駆動部材４の付勢は圧電部材３の伸縮動作に基づく
駆動部材４の軸方向の変位を安定化するためのものであ
る。
に突出した端部は圧電部材３の他方端面（以下、この面
を先端面という。）に固着され、駆動部材４の支持部材
２の先端部から突出した端部は板バネ６により所要のバ
ネ圧で圧電部材３側に付勢されている。この板バネ６に
よる駆動部材４の付勢は圧電部材３の伸縮動作に基づく
駆動部材４の軸方向の変位を安定化するためのものであ
る。
【００３１】被駆動部材５は両側に耳部５０２を有する
基部５０１とこの耳部５０２の間に嵌合される挾み込み
部材５０３とを備えている（図２参照）。基部５０１の
両耳部５０２の付け根部分には駆動部材４よりも僅かに
径の大きい丸孔５０４が穿設されている。この丸孔５０
４は基部５０１の挾み込み部材５０３が対向する面に半
円状の溝が形成される位置に設けられている。被駆動部
材５は図２に示すように、丸孔５０４に駆動部材４を遊
嵌状態で貫通させ、その駆動部材４を基部５０１と挾み
込み部材５０３とで挾み込んで当該駆動部材４に軸方向
に移動可能に取り付けられている。挾み込み部材５０３
の上部には両耳部５０２の上面より突出する突起５０３
ａが形成される一方、両耳部５０２の上面にこの突起部
５０３ａに圧接されるように板バネ７が固設され、この
板バネ７により挾み込み部材５０３は所要のバネ圧で駆
動部材４側に付勢されている。
基部５０１とこの耳部５０２の間に嵌合される挾み込み
部材５０３とを備えている（図２参照）。基部５０１の
両耳部５０２の付け根部分には駆動部材４よりも僅かに
径の大きい丸孔５０４が穿設されている。この丸孔５０
４は基部５０１の挾み込み部材５０３が対向する面に半
円状の溝が形成される位置に設けられている。被駆動部
材５は図２に示すように、丸孔５０４に駆動部材４を遊
嵌状態で貫通させ、その駆動部材４を基部５０１と挾み
込み部材５０３とで挾み込んで当該駆動部材４に軸方向
に移動可能に取り付けられている。挾み込み部材５０３
の上部には両耳部５０２の上面より突出する突起５０３
ａが形成される一方、両耳部５０２の上面にこの突起部
５０３ａに圧接されるように板バネ７が固設され、この
板バネ７により挾み込み部材５０３は所要のバネ圧で駆
動部材４側に付勢されている。
【００３２】このバネ圧は圧電部材３の伸縮動作に基づ
く駆動部材４の軸方向の往復動において、当該駆動部材
４と基部５０１及び挾み込み部材５０３との間に生じる
往動時の摩擦力と復動時の摩擦力とに差を生じさせ、被
駆動部材５を駆動部材４に対して相対移動させるための
ものである。すなわち、板バネ７のバネ圧により、駆動
部材４が高速で移動するときは、当該駆動部材4に対し
て被駆動部材５が相対的に移動し得る程度に被駆動部材
５と駆動部材４との間に低い摩擦力が発生し、駆動部材
４が低速で移動するときは、当該駆動部材４と共に被駆
動部材５が移動し得るように被駆動部材５と駆動部材４
との間に高い摩擦力を発生するようになっている。
く駆動部材４の軸方向の往復動において、当該駆動部材
４と基部５０１及び挾み込み部材５０３との間に生じる
往動時の摩擦力と復動時の摩擦力とに差を生じさせ、被
駆動部材５を駆動部材４に対して相対移動させるための
ものである。すなわち、板バネ７のバネ圧により、駆動
部材４が高速で移動するときは、当該駆動部材4に対し
て被駆動部材５が相対的に移動し得る程度に被駆動部材
５と駆動部材４との間に低い摩擦力が発生し、駆動部材
４が低速で移動するときは、当該駆動部材４と共に被駆
動部材５が移動し得るように被駆動部材５と駆動部材４
との間に高い摩擦力を発生するようになっている。
【００３３】なお、本実施の形態では挾み込み部材５０
３を駆動部材４に圧接させるための付勢手段として板バ
ネを用いているが、付勢力が生じるものであれば、これ
に限定されるものではなく、例えばコイルバネやゴム等
の弾性部材を用いることもできる。
３を駆動部材４に圧接させるための付勢手段として板バ
ネを用いているが、付勢力が生じるものであれば、これ
に限定されるものではなく、例えばコイルバネやゴム等
の弾性部材を用いることもできる。
【００３４】図３は圧電部材３の駆動回路の第１の実施
形態を示す図である。同図に示す駆動回路は圧電部材３
を分極方向に充電する充電回路８、充電により蓄積され
た電荷を放電する放電回路９及びこれらの回路８，９の
駆動を制御する制御回路１０により構成されている。
形態を示す図である。同図に示す駆動回路は圧電部材３
を分極方向に充電する充電回路８、充電により蓄積され
た電荷を放電する放電回路９及びこれらの回路８，９の
駆動を制御する制御回路１０により構成されている。
【００３５】充電回路８は圧電部材３の電極３０２に電
源電圧ＶPを印加し、圧電部材３を分極方向に充電（分
極を強める方向に充電）するもので、本発明に係る圧電
アクチュエータの第１の駆動手段に相当するものであ
る。また、放電回路９は圧電部材３の電極３０１を接地
し（すなわち、圧電部材３の端子間電圧に対して逆方向
の電位を与えて）、圧電部材３に蓄積された電荷を放電
するもので、本発明に係る圧電アクチュエータの第２の
駆動手段に相当するものである。
源電圧ＶPを印加し、圧電部材３を分極方向に充電（分
極を強める方向に充電）するもので、本発明に係る圧電
アクチュエータの第１の駆動手段に相当するものであ
る。また、放電回路９は圧電部材３の電極３０１を接地
し（すなわち、圧電部材３の端子間電圧に対して逆方向
の電位を与えて）、圧電部材３に蓄積された電荷を放電
するもので、本発明に係る圧電アクチュエータの第２の
駆動手段に相当するものである。
【００３６】充電回路８はＰチャンネルＭＯＳ型ＦＥＴ
（電界効果型トランジスタ）からなるスイッチ素子Ｑ１
とこれに接続されている電源１１とで構成され、放電回
路９はアースに接続されたＮチャンネルＭＯＳ型ＦＥＴ
（電界効果型トランジスタ）からなるスイッチ素子Ｑ２
で構成されている。なお、本実施の形態ではスイッチ素
子としてＦＥＴを用いているが、バイポーラトランジス
タ、接合型ＦＥＴ、ＧＴＯ（Gate Turn-off Thyristo
r）など他の電子スイッチ素子を用いてもよい。
（電界効果型トランジスタ）からなるスイッチ素子Ｑ１
とこれに接続されている電源１１とで構成され、放電回
路９はアースに接続されたＮチャンネルＭＯＳ型ＦＥＴ
（電界効果型トランジスタ）からなるスイッチ素子Ｑ２
で構成されている。なお、本実施の形態ではスイッチ素
子としてＦＥＴを用いているが、バイポーラトランジス
タ、接合型ＦＥＴ、ＧＴＯ（Gate Turn-off Thyristo
r）など他の電子スイッチ素子を用いてもよい。
【００３７】圧電部材３の分極方向（図３で矢印Ｐで示
す方向）を基準として−側の電極３０１は接地され、＋
側の電極３０２はスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のドレインに
接続されている。また、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２の各ゲ
ートは制御回路１０の制御端子Ｃ１，Ｃ２に接続され、
スイッチ素子Ｑ１のソースは電源１１に接続され、スイ
ッチ素子Ｑ２のソースは接地されている。そして、充電
回路８及び放電回路９には制御回路１０からそれぞれ駆
動制御信号Ｓc1，Ｓc2が入力され、制御回路１０により
充電回路８及び放電回路９の駆動（すなわち、充電回路
８及び放電回路９と圧電部材３との接続）が制御され
る。
す方向）を基準として−側の電極３０１は接地され、＋
側の電極３０２はスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のドレインに
接続されている。また、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２の各ゲ
ートは制御回路１０の制御端子Ｃ１，Ｃ２に接続され、
スイッチ素子Ｑ１のソースは電源１１に接続され、スイ
ッチ素子Ｑ２のソースは接地されている。そして、充電
回路８及び放電回路９には制御回路１０からそれぞれ駆
動制御信号Ｓc1，Ｓc2が入力され、制御回路１０により
充電回路８及び放電回路９の駆動（すなわち、充電回路
８及び放電回路９と圧電部材３との接続）が制御され
る。
【００３８】同図に示すように充電回路８及び放電回路
９に電流を制限する抵抗等の素子を設けていないので、
駆動回路は可能な限り簡単な回路構成になっている。こ
れにより駆動回路の簡素化及び小型化が図られ、圧電ア
クチュエータ１の小型化も可能となっている。
９に電流を制限する抵抗等の素子を設けていないので、
駆動回路は可能な限り簡単な回路構成になっている。こ
れにより駆動回路の簡素化及び小型化が図られ、圧電ア
クチュエータ１の小型化も可能となっている。
【００３９】制御回路１０は充電回路８及び放電回路９
の駆動を制御するもので、本発明に係る圧電アクチュエ
ータの駆動制御手段に相当するものである。制御回路１
０は充電回路８と放電回路９とを互いに駆動時間を異な
らせるような所定のデューティ比のパルス信号からなる
駆動制御信号Ｓc1，Ｓc2で交互に駆動する。
の駆動を制御するもので、本発明に係る圧電アクチュエ
ータの駆動制御手段に相当するものである。制御回路１
０は充電回路８と放電回路９とを互いに駆動時間を異な
らせるような所定のデューティ比のパルス信号からなる
駆動制御信号Ｓc1，Ｓc2で交互に駆動する。
【００４０】図４は図３の駆動回路の制御信号Ｓc1，Ｓ
c2と圧電部材３の充放電電圧の波形を示す図である。
c2と圧電部材３の充放電電圧の波形を示す図である。
【００４１】同図に示すように、圧電アクチュエータ１
の駆動時には制御回路１０の制御端子Ｃ１，Ｃ２からは
スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２に対してそれぞれ駆動制御信号
Ｓc1，Ｓc2が入力される。駆動制御信号Ｓc1，Ｓc2は同
相の矩形波信号で、被駆動部材５を支持部材２の先端側
に駆動する場合（以下、この方向の駆動を「正方向駆
動」という。）には充電回路８のオン期間ｔ1と放電回
路９のオン期間ｔ2との比Ｄ（＝ＴON／（ＴON＋
ＴOFF））＝ｔ１／（ｔ１＋ｔ２）（以下、デューティ
比Ｄという。）は０．５よりも比較的小さい値に設定さ
れている。また、被駆動部材５を支持部材２の基端側に
駆動する場合（以下、この方向の駆動を「逆方向駆動」
という。）には充電回路８のオン期間ｔ３と放電回路９
のオン期間ｔ４とのデューティ比Ｄ＝ｔ３／（ｔ３＋ｔ
４）は０．５よりも比較的大きい値に設定されている。
の駆動時には制御回路１０の制御端子Ｃ１，Ｃ２からは
スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２に対してそれぞれ駆動制御信号
Ｓc1，Ｓc2が入力される。駆動制御信号Ｓc1，Ｓc2は同
相の矩形波信号で、被駆動部材５を支持部材２の先端側
に駆動する場合（以下、この方向の駆動を「正方向駆
動」という。）には充電回路８のオン期間ｔ1と放電回
路９のオン期間ｔ2との比Ｄ（＝ＴON／（ＴON＋
ＴOFF））＝ｔ１／（ｔ１＋ｔ２）（以下、デューティ
比Ｄという。）は０．５よりも比較的小さい値に設定さ
れている。また、被駆動部材５を支持部材２の基端側に
駆動する場合（以下、この方向の駆動を「逆方向駆動」
という。）には充電回路８のオン期間ｔ３と放電回路９
のオン期間ｔ４とのデューティ比Ｄ＝ｔ３／（ｔ３＋ｔ
４）は０．５よりも比較的大きい値に設定されている。
【００４２】なお、スイッチ素子Ｑ１はＰチャンネルＦ
ＥＴであるので、駆動制御信号Ｓc1がローレベルでオン
になり、スイッチ素子Ｑ２はＮチャンネルＦＥＴである
ので、駆動制御信号Ｓc2がハイレベルでオンになる。
ＥＴであるので、駆動制御信号Ｓc1がローレベルでオン
になり、スイッチ素子Ｑ２はＮチャンネルＦＥＴである
ので、駆動制御信号Ｓc2がハイレベルでオンになる。
【００４３】圧電部材３の充放電速度を略同一にし、充
放電時間のデューティ比Ｄのみで圧電アクチュエータ1
の駆動を制御しているのは、分極方向への充電時間と分
極方向と逆方向への充電時間とに比較的大きい差を設け
ることにより一定の条件下で被駆動部材５が駆動部材４
に対して相対移動するという実験結果に基づくものであ
る。
放電時間のデューティ比Ｄのみで圧電アクチュエータ1
の駆動を制御しているのは、分極方向への充電時間と分
極方向と逆方向への充電時間とに比較的大きい差を設け
ることにより一定の条件下で被駆動部材５が駆動部材４
に対して相対移動するという実験結果に基づくものであ
る。
【００４４】図５は充放電速度が略同一で、充電時間と
放電時間とが異なるように駆動電圧を印加したときの圧
電部材の変位の過渡応答を示す図である。
放電時間とが異なるように駆動電圧を印加したときの圧
電部材の変位の過渡応答を示す図である。
【００４５】同図の下段に示す矩形は充電時間が放電時
間より長い所定のデューティ比を有する圧電部材３の駆
動制御信号の1周期分を示し、上段の波形はその駆動制
御信号が印加されたときの圧電部材３及び駆動部材４の
過渡的な伸縮動作を示す図である。なお、図５に示す圧
電部材３及び駆動部材４の伸縮動作の過渡波形は、説明
の便宜上、共振周波数の基本波の波形で表している。
間より長い所定のデューティ比を有する圧電部材３の駆
動制御信号の1周期分を示し、上段の波形はその駆動制
御信号が印加されたときの圧電部材３及び駆動部材４の
過渡的な伸縮動作を示す図である。なお、図５に示す圧
電部材３及び駆動部材４の伸縮動作の過渡波形は、説明
の便宜上、共振周波数の基本波の波形で表している。
【００４６】圧電部材３に分極方向の駆動電圧＋ＶPを
印加して充電すると、圧電部材３は伸長し、その圧電部
材３を接地して蓄積された電荷を放電すると、圧電部材
３は縮小する。しかし、圧電部材３及び駆動部材４には
弾性があるため、例えば伸長動作を過渡的にみると、圧
電部材３は圧電部材自体、駆動部材４及び被駆動部材５
等によって決定される所定の共振周波数で振動しながら
所定の長さに伸長する。すなわち、図５に示すように、
例えばａ点で圧電部材３に駆動電圧＋ＶPが印加される
と、圧電部材３は高速で大きく伸長した後、ｂ点で縮小
に転じ、その後は振動的に伸長と縮小とを繰り返してｃ
点近傍の伸長量に落ち着いていく（図５のｃ点から仮想
線で示す波形を参照）。このような過渡的な変位動作の
事情は縮小動作についても同様で、充電後に圧電部材３
が接地されると、高速で大きく縮小した後、ある変位量
で伸長に転じ、その後は振動的に縮小と伸長とを繰り返
して所定の縮小量に落ち着いていく（図５のｄ点から仮
想線で示す波形を参照）。
印加して充電すると、圧電部材３は伸長し、その圧電部
材３を接地して蓄積された電荷を放電すると、圧電部材
３は縮小する。しかし、圧電部材３及び駆動部材４には
弾性があるため、例えば伸長動作を過渡的にみると、圧
電部材３は圧電部材自体、駆動部材４及び被駆動部材５
等によって決定される所定の共振周波数で振動しながら
所定の長さに伸長する。すなわち、図５に示すように、
例えばａ点で圧電部材３に駆動電圧＋ＶPが印加される
と、圧電部材３は高速で大きく伸長した後、ｂ点で縮小
に転じ、その後は振動的に伸長と縮小とを繰り返してｃ
点近傍の伸長量に落ち着いていく（図５のｃ点から仮想
線で示す波形を参照）。このような過渡的な変位動作の
事情は縮小動作についても同様で、充電後に圧電部材３
が接地されると、高速で大きく縮小した後、ある変位量
で伸長に転じ、その後は振動的に縮小と伸長とを繰り返
して所定の縮小量に落ち着いていく（図５のｄ点から仮
想線で示す波形を参照）。
【００４７】圧電部材３に、図５に示すようなパルス状
の駆動電圧が印加された場合、放電された状態からａ点
で圧電部材３に電圧ＶPが印加されて充電が行われる
と、圧電素子３は高速でｂ点まで伸長するが、その後は
伸長速度よりも遅い速度でｃ点まで縮小する（図５でａ
−ｂ間の傾斜よりもｂ−ｃ間の傾斜が緩やかになる）。
これは略同一の時間で伸長と縮小とが行われるとする
と、圧電部材３、駆動部材４等の粘性により縮小量が伸
長量より小さくなるためである。
の駆動電圧が印加された場合、放電された状態からａ点
で圧電部材３に電圧ＶPが印加されて充電が行われる
と、圧電素子３は高速でｂ点まで伸長するが、その後は
伸長速度よりも遅い速度でｃ点まで縮小する（図５でａ
−ｂ間の傾斜よりもｂ−ｃ間の傾斜が緩やかになる）。
これは略同一の時間で伸長と縮小とが行われるとする
と、圧電部材３、駆動部材４等の粘性により縮小量が伸
長量より小さくなるためである。
【００４８】次に縮小動作がほぼ終了するｃ点のタイミ
ング（このタイミングは分極方向へ充電した際の圧電部
材３の共振周波数の約１周期分のタイミングに相当す
る。）で圧電部材３に電圧０ｖが印加されて（接地され
て）放電が行われると、圧電部材３はその変位位置から
更にｄ点まで縮小動作を行なう。このとき、圧電部材３
の伸長量δ１は定常的に放電を行なったときの縮小量に
近いので、その縮小速度はａ−ｂ間の伸長速度よりも低
速となる。すなわち、ｃ−ｄ間の傾斜はａ−ｂ間の傾斜
よりも緩やかになる。
ング（このタイミングは分極方向へ充電した際の圧電部
材３の共振周波数の約１周期分のタイミングに相当す
る。）で圧電部材３に電圧０ｖが印加されて（接地され
て）放電が行われると、圧電部材３はその変位位置から
更にｄ点まで縮小動作を行なう。このとき、圧電部材３
の伸長量δ１は定常的に放電を行なったときの縮小量に
近いので、その縮小速度はａ−ｂ間の伸長速度よりも低
速となる。すなわち、ｃ−ｄ間の傾斜はａ−ｂ間の傾斜
よりも緩やかになる。
【００４９】そして、その縮小動作がほぼ終了するタイ
ミング（このタイミングは分極方向と逆方向に充電した
際の圧電部材３の共振周波数の約１／２周期分のタイミ
ングに相当する。）ｄ点で再び、圧電部材３に電圧ＶP
が印加されて充電が行われると、圧電部材３は再度、高
速で伸長動作を行ない、以下、図６に示すように駆動電
圧の波形に応じて上述の圧電部材３の伸縮動作が繰り返
される。
ミング（このタイミングは分極方向と逆方向に充電した
際の圧電部材３の共振周波数の約１／２周期分のタイミ
ングに相当する。）ｄ点で再び、圧電部材３に電圧ＶP
が印加されて充電が行われると、圧電部材３は再度、高
速で伸長動作を行ない、以下、図６に示すように駆動電
圧の波形に応じて上述の圧電部材３の伸縮動作が繰り返
される。
【００５０】上述の圧電部材３の伸縮動作において、伸
長動作は高速で行われ、縮小動作はそれよりも低速で行
われるので、圧電部材３の伸縮動作によって駆動部材４
が往復動を繰り返すと、高速の往動時では駆動部材４と
被駆動部材５との間の摩擦力は低く、低速の復動時では
駆動部材４と被駆動部材５との間の摩擦力は高くなるこ
とから被駆動部材５は復動時にのみ駆動部材４と共に移
動することとなる。従って、図６に示すように被駆動部
材５は駆動部材４の往復動に応じて停止と移動とを繰り
返し、全体として逆方向移動を行なう。
長動作は高速で行われ、縮小動作はそれよりも低速で行
われるので、圧電部材３の伸縮動作によって駆動部材４
が往復動を繰り返すと、高速の往動時では駆動部材４と
被駆動部材５との間の摩擦力は低く、低速の復動時では
駆動部材４と被駆動部材５との間の摩擦力は高くなるこ
とから被駆動部材５は復動時にのみ駆動部材４と共に移
動することとなる。従って、図６に示すように被駆動部
材５は駆動部材４の往復動に応じて停止と移動とを繰り
返し、全体として逆方向移動を行なう。
【００５１】図６は充電時間が放電時間より長い所定の
デューティ比Ｄ（＝ＴON／（ＴON＋ＴOFF））を有する
駆動制御信号によりパルス状の駆動電圧を圧電部材３に
印加した場合の例であるが、圧電部材３に充電時間が放
電時間より短い所定のデューティ比Ｄを有する駆動制御
信号によりパルス状の駆動電圧を印加した場合は、上述
の充放電速度の関係が逆になり、圧電部材３は放電時に
高速で縮小し、充電時に低速で伸長を行なうことになる
から、被駆動部材５は駆動部材４の往復動に応じて移動
と停止とを繰り返し、全体として正方向移動を行なうこ
とになる。
デューティ比Ｄ（＝ＴON／（ＴON＋ＴOFF））を有する
駆動制御信号によりパルス状の駆動電圧を圧電部材３に
印加した場合の例であるが、圧電部材３に充電時間が放
電時間より短い所定のデューティ比Ｄを有する駆動制御
信号によりパルス状の駆動電圧を印加した場合は、上述
の充放電速度の関係が逆になり、圧電部材３は放電時に
高速で縮小し、充電時に低速で伸長を行なうことになる
から、被駆動部材５は駆動部材４の往復動に応じて移動
と停止とを繰り返し、全体として正方向移動を行なうこ
とになる。
【００５２】従って、図４において、制御回路１０から
デューティ比Ｄが０．５よりも小さい所定の値を有する
駆動制御信号Ｓc1，Ｓc2がスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２に出
力されるときは、圧電部材３が高速縮小と低速伸長とを
交互に繰り返すので、被駆動部材５は支持部材２の先端
側に移動する（正方向駆動）。また、制御回路１０から
デューティ比Ｄが０．５よりも大きい所定の値を有する
駆動制御信号Ｓc1，Ｓc2がスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２に出
力されるときは、圧電部材３が高速伸長と低速縮小とを
交互に繰り返すので、被駆動部材５は支持部材２の基端
側に移動する（逆方向駆動）。
デューティ比Ｄが０．５よりも小さい所定の値を有する
駆動制御信号Ｓc1，Ｓc2がスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２に出
力されるときは、圧電部材３が高速縮小と低速伸長とを
交互に繰り返すので、被駆動部材５は支持部材２の先端
側に移動する（正方向駆動）。また、制御回路１０から
デューティ比Ｄが０．５よりも大きい所定の値を有する
駆動制御信号Ｓc1，Ｓc2がスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２に出
力されるときは、圧電部材３が高速伸長と低速縮小とを
交互に繰り返すので、被駆動部材５は支持部材２の基端
側に移動する（逆方向駆動）。
【００５３】被駆動部材５を安定して所望の方向に移動
させるには、上述のように充電時間（図５のａ−ｃの時
間を参照）は分極方向へ充電した際の圧電部材３の共振
周波数の約１周期分の期間に、また、放電時間（図５の
ｃ−ｄの時間を参照）は分極方向と逆方向に充電した際
の圧電部材３の共振周波数の約１／２周期分の期間に設
定するのが好ましいが、実際には圧電部材３の支持部材
２への取付構造や駆動部材４等の要因により圧電部材３
の変位波形が図５に示すような波形とならず、他の周波
数成分が重畳された歪んだ波形となるので、適切な圧電
部材３の駆動制御信号は圧電アクチュエータ毎に調整し
て設定されることになる。
させるには、上述のように充電時間（図５のａ−ｃの時
間を参照）は分極方向へ充電した際の圧電部材３の共振
周波数の約１周期分の期間に、また、放電時間（図５の
ｃ−ｄの時間を参照）は分極方向と逆方向に充電した際
の圧電部材３の共振周波数の約１／２周期分の期間に設
定するのが好ましいが、実際には圧電部材３の支持部材
２への取付構造や駆動部材４等の要因により圧電部材３
の変位波形が図５に示すような波形とならず、他の周波
数成分が重畳された歪んだ波形となるので、適切な圧電
部材３の駆動制御信号は圧電アクチュエータ毎に調整し
て設定されることになる。
【００５４】なお、駆動制御信号の充放電時間のデュー
ティ比Ｄが圧電部材３の共振周波数に正確に関係してい
ない場合であっても被駆動部材５をデューティ比Ｄに応
じて正方向若しくは逆方向に移動させることは可能であ
る。
ティ比Ｄが圧電部材３の共振周波数に正確に関係してい
ない場合であっても被駆動部材５をデューティ比Ｄに応
じて正方向若しくは逆方向に移動させることは可能であ
る。
【００５５】また、圧電部材３、駆動部材４及び被駆動
部材５間の取付構造や条件によっては、図４に示したも
のと逆の方向に駆動させることも可能である。すなわ
ち、駆動制御信号のデューティ比Ｄを０．５よりも小さ
い値にすることで被駆動部材５を逆方向に移動させ、デ
ューティ比Ｄを０．５よりも大きい値にすることで被駆
動部材５を正方向に移動させることも可能である。
部材５間の取付構造や条件によっては、図４に示したも
のと逆の方向に駆動させることも可能である。すなわ
ち、駆動制御信号のデューティ比Ｄを０．５よりも小さ
い値にすることで被駆動部材５を逆方向に移動させ、デ
ューティ比Ｄを０．５よりも大きい値にすることで被駆
動部材５を正方向に移動させることも可能である。
【００５６】図７は圧電部材３の駆動回路の第２の実施
形態を示す図である。同図はブリッジ回路を用いて駆動
回路を構成したものである。
形態を示す図である。同図はブリッジ回路を用いて駆動
回路を構成したものである。
【００５７】同図において、ＭＯＳ型ＦＥＴからなる４
個のスイッチ回路１２１，１２２を直列接続するととも
に、スイッチ回路１２３，１２４を直列接続してブリッ
ジ回路１２が構成されている。スイッチ素子Ｑ１，Ｑ４
はＮチャンネルＦＥＴであり、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ３
はＰチャンネルＦＥＴである。第２回路１２２及び第３
回路１２３の接続点ａと第１回路１２１及び第４回路１
２４の接続点ｃとの間に図略の電源が接続され、第１回
路１２１及び２回路１２２の接続点ｂと第３回路１２３
及び第４回路１２４の接続点ｄとの間に圧電部材３が接
続されている。各スイッチ回路１２１，１２２，１２
３，１２４（すなわち、各ＦＥＴのゲート）にはそれぞ
れ制御回路１０の制御端子Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４から
駆動制御信号Ｓc1，Ｓc2，Ｓc3，Ｓc4が入力されるよう
になっている。
個のスイッチ回路１２１，１２２を直列接続するととも
に、スイッチ回路１２３，１２４を直列接続してブリッ
ジ回路１２が構成されている。スイッチ素子Ｑ１，Ｑ４
はＮチャンネルＦＥＴであり、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ３
はＰチャンネルＦＥＴである。第２回路１２２及び第３
回路１２３の接続点ａと第１回路１２１及び第４回路１
２４の接続点ｃとの間に図略の電源が接続され、第１回
路１２１及び２回路１２２の接続点ｂと第３回路１２３
及び第４回路１２４の接続点ｄとの間に圧電部材３が接
続されている。各スイッチ回路１２１，１２２，１２
３，１２４（すなわち、各ＦＥＴのゲート）にはそれぞ
れ制御回路１０の制御端子Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４から
駆動制御信号Ｓc1，Ｓc2，Ｓc3，Ｓc4が入力されるよう
になっている。
【００５８】接続点ａ，ｃ間に接続される電源の正負の
極性及び接続点ｂ，ｄ間に接続される圧電部材３の分極
方向は任意に設定することができるが、例えば図７に示
すように接続点ａを電源の正極とし、圧電部材３が矢印
Ｐの方向に分極され、＋分極側が接続点ｂに接続されて
いるとすると、第２回路１２２及び第４回路１２４は圧
電部材３に分極方向（分極を強める方向）に電源電圧Ｖ
Pを印加して端子間電圧Ｖsが＋ＶPとなるまで充電する
回路（本発明に係る圧電アクチュエータの第１の駆動手
段）を構成し、第１回路１２１及び第３回路１２３は圧
電部材３に分極方向と逆方向に電源電圧ＶPを印加して
充電電荷を放電し、かつ、端子間電圧Ｖsが−ＶPとなる
まで充電する回路（本発明に係る圧電アクチュエータの
第２の駆動手段）を構成している。
極性及び接続点ｂ，ｄ間に接続される圧電部材３の分極
方向は任意に設定することができるが、例えば図７に示
すように接続点ａを電源の正極とし、圧電部材３が矢印
Ｐの方向に分極され、＋分極側が接続点ｂに接続されて
いるとすると、第２回路１２２及び第４回路１２４は圧
電部材３に分極方向（分極を強める方向）に電源電圧Ｖ
Pを印加して端子間電圧Ｖsが＋ＶPとなるまで充電する
回路（本発明に係る圧電アクチュエータの第１の駆動手
段）を構成し、第１回路１２１及び第３回路１２３は圧
電部材３に分極方向と逆方向に電源電圧ＶPを印加して
充電電荷を放電し、かつ、端子間電圧Ｖsが−ＶPとなる
まで充電する回路（本発明に係る圧電アクチュエータの
第２の駆動手段）を構成している。
【００５９】なお、圧電部材３の接続方向を逆にする
と、第２回路１２２及び第４回路１２４が圧電部材３を
分極方向に充電する回路となり、第１回路１２１及び第
３回路１２３が圧電部材３に分極方向と逆方向に充電す
る回路となる。 すなわち、第１回路１２１及び第３回
路１２３は圧電部材３に分極方向の電源電圧ＶPを印加
して端子間電圧Ｖsが＋ＶPとなるまで充電する回路（第
１の駆動手段）を構成し、第２回路１２２及び第４回路
１２４は圧電部材３に分極方向と逆方向の電源電圧ＶP
を印加して充電電荷を放電し、かつ、端子間電圧Ｖsが
−ＶPとなるまで充電する回路（第２の駆動手段）を構
成する。
と、第２回路１２２及び第４回路１２４が圧電部材３を
分極方向に充電する回路となり、第１回路１２１及び第
３回路１２３が圧電部材３に分極方向と逆方向に充電す
る回路となる。 すなわち、第１回路１２１及び第３回
路１２３は圧電部材３に分極方向の電源電圧ＶPを印加
して端子間電圧Ｖsが＋ＶPとなるまで充電する回路（第
１の駆動手段）を構成し、第２回路１２２及び第４回路
１２４は圧電部材３に分極方向と逆方向の電源電圧ＶP
を印加して充電電荷を放電し、かつ、端子間電圧Ｖsが
−ＶPとなるまで充電する回路（第２の駆動手段）を構
成する。
【００６０】駆動回路をブリッジ回路で構成した場合
は、圧電部材３には−ＶP〜＋ＶPの充電電圧が印加され
るので、等価的に圧電部材３の駆動電圧が２ＶPとな
り、図３に示す駆動回路よりも駆動電圧が２倍となり、
低電圧で変位量の大きい圧電アクチュエータを構成する
ことができる利点がある。
は、圧電部材３には−ＶP〜＋ＶPの充電電圧が印加され
るので、等価的に圧電部材３の駆動電圧が２ＶPとな
り、図３に示す駆動回路よりも駆動電圧が２倍となり、
低電圧で変位量の大きい圧電アクチュエータを構成する
ことができる利点がある。
【００６１】図８は図７に示す駆動回路の駆動制御信号
と圧電部材の充放電電圧の波形とを示す図である。
と圧電部材の充放電電圧の波形とを示す図である。
【００６２】図８に示す波形図は図４に示す波形図と類
似し、以下の点で異なっている。すなわち、図３に示す
駆動回路は端子間電圧Ｖsが０〜＋ＶPの範囲で変化する
ように圧電部材３を充放電させていたが、図７に示すブ
リッジ回路を用いた駆動回路では圧電部材３は端子間電
圧Ｖsが−ＶP〜＋ＶPの範囲で変化するように充放電さ
れている。また、電源電圧ＶPの圧電部材３に対する正
方向の印加は第２回路１２２及び第４回路１２４により
制御され、電源電圧ＶPの圧電部材３に対する逆方向の
印加は第１回路１２１及び第３回路１２３により制御さ
れるので、駆動制御信号Ｓc2，Ｓc4は図３の駆動回路の
駆動制御信号Ｓc1に対応し、駆動制御信号Ｓc1，Ｓc3は
図３の駆動回路の駆動制御信号Ｓc2に対応している。
似し、以下の点で異なっている。すなわち、図３に示す
駆動回路は端子間電圧Ｖsが０〜＋ＶPの範囲で変化する
ように圧電部材３を充放電させていたが、図７に示すブ
リッジ回路を用いた駆動回路では圧電部材３は端子間電
圧Ｖsが−ＶP〜＋ＶPの範囲で変化するように充放電さ
れている。また、電源電圧ＶPの圧電部材３に対する正
方向の印加は第２回路１２２及び第４回路１２４により
制御され、電源電圧ＶPの圧電部材３に対する逆方向の
印加は第１回路１２１及び第３回路１２３により制御さ
れるので、駆動制御信号Ｓc2，Ｓc4は図３の駆動回路の
駆動制御信号Ｓc1に対応し、駆動制御信号Ｓc1，Ｓc3は
図３の駆動回路の駆動制御信号Ｓc2に対応している。
【００６３】従って、図８における駆動制御信号Ｓc2の
波形は図４における駆動制御信号Ｓc1と同一波形とな
り、図８における駆動制御信号Ｓc1の波形は図４におけ
る駆動制御信号Ｓc2と同一波形となっている。なお、駆
動制御信号Ｓc4の波形はスイッチ素子Ｑ４がＮチャンネ
ルＦＥＴであるので、駆動制御信号Ｓc2と逆相の波形と
なっており、駆動制御信号Ｓc3の波形はスイッチ素子Ｑ
３はＰチャンネルＦＥＴであるので、駆動制御信号Ｓc1
と逆相の波形となっている。
波形は図４における駆動制御信号Ｓc1と同一波形とな
り、図８における駆動制御信号Ｓc1の波形は図４におけ
る駆動制御信号Ｓc2と同一波形となっている。なお、駆
動制御信号Ｓc4の波形はスイッチ素子Ｑ４がＮチャンネ
ルＦＥＴであるので、駆動制御信号Ｓc2と逆相の波形と
なっており、駆動制御信号Ｓc3の波形はスイッチ素子Ｑ
３はＰチャンネルＦＥＴであるので、駆動制御信号Ｓc1
と逆相の波形となっている。
【００６４】同図における正方向駆動及び逆方向駆動の
動作メカニズムは図５，図６で説明したものと同一であ
る。従って、ここでは詳細説明を省略する。なお、圧電
部材３の駆動電圧は実質的に２ＶPとなっているので、
圧電部材３の伸縮動作における各伸長量及び各縮小量は
図３の駆動回路よりも略倍となっている。
動作メカニズムは図５，図６で説明したものと同一であ
る。従って、ここでは詳細説明を省略する。なお、圧電
部材３の駆動電圧は実質的に２ＶPとなっているので、
圧電部材３の伸縮動作における各伸長量及び各縮小量は
図３の駆動回路よりも略倍となっている。
【００６５】図９は圧電部材３の駆動回路の第３の実施
形態を示す図である。同図もブリッジ回路を用いて駆動
回路を構成したもので、図７に示す駆動回路の変形例で
ある。すなわち、同図は図７において、駆動回路１２と
制御回路１０との間にロジック回路１２５を介在させて
駆動回路１２'を構成するとともに、接続点ｃと接地点
との間に抵抗Ｒを設けたものである。スイッチ素子Ｑ
１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４の各ゲートはロジック回路１２５
の出力端子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４に接続されている。
また、ロジック回路１２５の入力端子Ｐ５，Ｐ６はそれ
ぞれ制御回路１０の制御端子Ｃ１，Ｃ２に接続され、ロ
ジック回路１２５の入力端子Ｐ５，Ｐ６にそれぞれ駆動
制御信号Ｓc1，Ｓc2が入力されるようになっている。従
って、第３の実施形態では制御回路１０とロジック回路
１２５とにより本発明に係る圧電アクチュエータの駆動
制御手段が構成されている。
形態を示す図である。同図もブリッジ回路を用いて駆動
回路を構成したもので、図７に示す駆動回路の変形例で
ある。すなわち、同図は図７において、駆動回路１２と
制御回路１０との間にロジック回路１２５を介在させて
駆動回路１２'を構成するとともに、接続点ｃと接地点
との間に抵抗Ｒを設けたものである。スイッチ素子Ｑ
１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４の各ゲートはロジック回路１２５
の出力端子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４に接続されている。
また、ロジック回路１２５の入力端子Ｐ５，Ｐ６はそれ
ぞれ制御回路１０の制御端子Ｃ１，Ｃ２に接続され、ロ
ジック回路１２５の入力端子Ｐ５，Ｐ６にそれぞれ駆動
制御信号Ｓc1，Ｓc2が入力されるようになっている。従
って、第３の実施形態では制御回路１０とロジック回路
１２５とにより本発明に係る圧電アクチュエータの駆動
制御手段が構成されている。
【００６６】なお、ロジック回路及びスイッチ素子Ｑ１
〜Ｑ４からなる回路は一般的にＤＣモータの駆動に広く
使用されているブリッジＩＣが使用可能であり、これに
より更に部品数、スペースの削減が可能になる。
〜Ｑ４からなる回路は一般的にＤＣモータの駆動に広く
使用されているブリッジＩＣが使用可能であり、これに
より更に部品数、スペースの削減が可能になる。
【００６７】また、抵抗Ｒは圧電部材３の正方向及び逆
方向の充電電流を制限するものであり、最も高い出力が
得られる抵抗値を設定するとよい。この抵抗Ｒによって
圧電部材３への印加電圧の高周波成分が減少し、図６に
示した圧電部材３の変位波形が鈍るので、変位歪みを低
減することができる。
方向の充電電流を制限するものであり、最も高い出力が
得られる抵抗値を設定するとよい。この抵抗Ｒによって
圧電部材３への印加電圧の高周波成分が減少し、図６に
示した圧電部材３の変位波形が鈍るので、変位歪みを低
減することができる。
【００６８】なお、出力に余裕がある場合は抵抗Ｒを除
去するようにしてもよく、このようにすると、図７にお
いて駆動回路１２と制御回路１０との間にロジック回路
１２５を介在させたものとなり、回路構成はより簡単と
なる。
去するようにしてもよく、このようにすると、図７にお
いて駆動回路１２と制御回路１０との間にロジック回路
１２５を介在させたものとなり、回路構成はより簡単と
なる。
【００６９】第３の実施形態では制御回路１０から出力
される駆動制御信号Ｓc1，Ｓc2がロジック回路１２５で
下記表１に示す論理に従って駆動制御信号Ｓp1，Ｓp2，
Ｓp3，Ｓp4に変換されて各スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ
３，Ｑ４に入力されるようになっている。
される駆動制御信号Ｓc1，Ｓc2がロジック回路１２５で
下記表１に示す論理に従って駆動制御信号Ｓp1，Ｓp2，
Ｓp3，Ｓp4に変換されて各スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ
３，Ｑ４に入力されるようになっている。
【００７０】
【表１】
【００７１】図１０は図９に示す駆動回路の駆動制御信
号と圧電部材の充放電電圧の波形とを示す図である。
号と圧電部材の充放電電圧の波形とを示す図である。
【００７２】図９の駆動回路は図７の駆動回路と基本構
成が同一で、駆動制御信号がＳc1〜Ｓc4からＳp1〜Ｓp4
に変更されたものであるから、図１０は図８において、
駆動制御信号Ｓc1〜Ｓc4を駆動制御信号Ｓp1〜Ｓp4に変
更し、圧電部材３の端子間電圧Ｖsの＋ＶPへの立上り及
び−ＶPへの立下りの波形を鈍らせたものとなってい
る。端子間電圧Ｖsの立上時及び立下時の波形が鈍って
いるのは、抵抗Ｒにより充電電流が制限されているた
め、印加電圧切換時の電圧が抵抗Ｒと圧電部材３の容量
との時定数で変化するためである。抵抗Ｒを除去すれ
ば、図１０は図８と同一波形となる。
成が同一で、駆動制御信号がＳc1〜Ｓc4からＳp1〜Ｓp4
に変更されたものであるから、図１０は図８において、
駆動制御信号Ｓc1〜Ｓc4を駆動制御信号Ｓp1〜Ｓp4に変
更し、圧電部材３の端子間電圧Ｖsの＋ＶPへの立上り及
び−ＶPへの立下りの波形を鈍らせたものとなってい
る。端子間電圧Ｖsの立上時及び立下時の波形が鈍って
いるのは、抵抗Ｒにより充電電流が制限されているた
め、印加電圧切換時の電圧が抵抗Ｒと圧電部材３の容量
との時定数で変化するためである。抵抗Ｒを除去すれ
ば、図１０は図８と同一波形となる。
【００７３】上記のように、図１０における圧電アクチ
ュエータの動作は端子間電圧Ｖsの変化の仕方が異なる
のみでその他の点では図８の場合と同様となる。従っ
て、ここでも動作メカニズムの詳細説明を省略する。
ュエータの動作は端子間電圧Ｖsの変化の仕方が異なる
のみでその他の点では図８の場合と同様となる。従っ
て、ここでも動作メカニズムの詳細説明を省略する。
【００７４】上記のようにインパクト形圧電アクチュエ
ータ１の圧電部材３への分極方向への充電速度と分極方
向と逆方向への充電速度とを略同一にし、分極方向への
充電時間と分極方向と逆方向への充電時間とを異なら
せ、両時間の比を比較的大きい比で制御するようにして
いるので、従来の駆動回路のように充電電流を制限する
抵抗等の素子を設ける必要がなくなり、この分駆動回路
が簡素になり、圧電アクチュエータ１の小型化、低廉化
が可能になる。
ータ１の圧電部材３への分極方向への充電速度と分極方
向と逆方向への充電速度とを略同一にし、分極方向への
充電時間と分極方向と逆方向への充電時間とを異なら
せ、両時間の比を比較的大きい比で制御するようにして
いるので、従来の駆動回路のように充電電流を制限する
抵抗等の素子を設ける必要がなくなり、この分駆動回路
が簡素になり、圧電アクチュエータ１の小型化、低廉化
が可能になる。
【００７５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
圧電アクチュエータの駆動装置を、圧電体に分極方向の
電圧を印加して当該分極方向に充放電する第１の駆動手
段と、圧電体に分極方向と逆方向の電圧を印加して第１
の駆動手段の充電速度と略同一の速度で当該分極方向と
逆方向に充放電する第２の駆動手段と、第１の駆動手段
の駆動時間と第２の駆動手段の駆動時間とを異ならせて
両駆動手段を交互に駆動する駆動制御手段とで構成した
ので、従来の駆動回路のように充放電電流を制限する抵
抗等の素子を設ける必要がなくなり、この分駆動回路が
簡素になり、圧電アクチュエータの小型化、低廉化が可
能になる。従って、スペースやコストが問題となる携帯
機器にも好適な圧電アクチュエータを実現することがで
きる。
圧電アクチュエータの駆動装置を、圧電体に分極方向の
電圧を印加して当該分極方向に充放電する第１の駆動手
段と、圧電体に分極方向と逆方向の電圧を印加して第１
の駆動手段の充電速度と略同一の速度で当該分極方向と
逆方向に充放電する第２の駆動手段と、第１の駆動手段
の駆動時間と第２の駆動手段の駆動時間とを異ならせて
両駆動手段を交互に駆動する駆動制御手段とで構成した
ので、従来の駆動回路のように充放電電流を制限する抵
抗等の素子を設ける必要がなくなり、この分駆動回路が
簡素になり、圧電アクチュエータの小型化、低廉化が可
能になる。従って、スペースやコストが問題となる携帯
機器にも好適な圧電アクチュエータを実現することがで
きる。
【００７６】また、第１の駆動手段は圧電体の分極方向
と逆方向に蓄積された電荷を放電するとともに、圧電体
を分極方向に充電し、第２の駆動手段は圧電体の分極方
向に蓄積された電荷を放電するとともに、圧電体を分極
方向と逆方向に充電するようにしたので、圧電体には見
かけ上、印加電圧の２倍の電圧が駆動電圧として供給さ
れ、単位電圧当たりの圧電体の伸縮量が増大して圧電ア
クチュエータの駆動効率が向上する。
と逆方向に蓄積された電荷を放電するとともに、圧電体
を分極方向に充電し、第２の駆動手段は圧電体の分極方
向に蓄積された電荷を放電するとともに、圧電体を分極
方向と逆方向に充電するようにしたので、圧電体には見
かけ上、印加電圧の２倍の電圧が駆動電圧として供給さ
れ、単位電圧当たりの圧電体の伸縮量が増大して圧電ア
クチュエータの駆動効率が向上する。
【００７７】また、第１の駆動手段は圧電体を分極方向
に充電し、第２の駆動手段は圧電体の分極方向に蓄積さ
れた電荷を放電するようにしたので、圧電体には充電時
にだけ電源から電流が供給され、電力消費を抑制するこ
とができる。
に充電し、第２の駆動手段は圧電体の分極方向に蓄積さ
れた電荷を放電するようにしたので、圧電体には充電時
にだけ電源から電流が供給され、電力消費を抑制するこ
とができる。
【００７８】また、第１，第２の駆動手段をスイッチ回
路のみからなるブリッジ回路で構成したので、駆動手段
を構成する素子数を可能な限り少なくでき、制御性能の
高い圧電アクチュエータをコンパクト、かつ、低価格で
実現することができる。
路のみからなるブリッジ回路で構成したので、駆動手段
を構成する素子数を可能な限り少なくでき、制御性能の
高い圧電アクチュエータをコンパクト、かつ、低価格で
実現することができる。
【図１】本発明に係る圧電アクチュエータの一実施形態
の概略構成を示す斜視図である。
の概略構成を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る圧電アクチュエータにおける当接
部材の駆動部材への取付状態を示す要部断面図である。
部材の駆動部材への取付状態を示す要部断面図である。
【図３】本発明に係る圧電アクチュエータの駆動装置の
具体回路の第１の実施形態を示す図である。
具体回路の第１の実施形態を示す図である。
【図４】図３に示す駆動回路の駆動制御信号と圧電部材
の充放電電圧の波形を示す図である。
の充放電電圧の波形を示す図である。
【図５】充放電速度が略同一で、充電時間と放電時間と
が異なるパルス状の駆動電圧を印加したときの圧電部材
の変位の過渡応答を示す図である。
が異なるパルス状の駆動電圧を印加したときの圧電部材
の変位の過渡応答を示す図である。
【図６】充放電速度が略同一で、充電時間が放電時間よ
り長いデューティ比を有するパルス状の駆動電圧を圧電
部材に印加したときの被駆動部材の移動状態を説明する
ための図である。
り長いデューティ比を有するパルス状の駆動電圧を圧電
部材に印加したときの被駆動部材の移動状態を説明する
ための図である。
【図７】本発明に係る圧電アクチュエータの駆動装置の
具体回路の第２の実施形態を示す図である。
具体回路の第２の実施形態を示す図である。
【図８】図７に示す駆動回路の駆動制御信号と圧電部材
の充放電電圧の波形を示す図である。
の充放電電圧の波形を示す図である。
【図９】本発明に係る圧電アクチュエータの駆動装置の
具体回路の第３の実施形態を示す図である。
具体回路の第３の実施形態を示す図である。
【図１０】図９に示す駆動回路の駆動制御信号と圧電部
材の充放電電圧の波形を示す図である。
材の充放電電圧の波形を示す図である。
【図１１】従来のインパクト形圧電アクチュエータの概
略構成を示す図である。
略構成を示す図である。
【図１２】従来のインパクト形圧電アクチュエータの駆
動回路の低速充電回路に適用される第１の回路例であ
る。
動回路の低速充電回路に適用される第１の回路例であ
る。
【図１３】従来のインパクト形圧電アクチュエータの駆
動回路の低速充電回路に適用される第２の回路例であ
る。
動回路の低速充電回路に適用される第２の回路例であ
る。
【図１４】従来のインパクト形圧電アクチュエータの駆
動回路の低速放電回路に適用される回路例である。
動回路の低速放電回路に適用される回路例である。
１ 圧電アクチュエータ ２ 支持部材 ３ 圧電部材（圧電体） ４ 駆動部材 ５ 被駆動部材 ６，７ 板バネ ８ 充電回路（第１の駆動手段） ９ 放電回路（第２の駆動手段） １０ 制御回路（駆動制御手段） １１ 電源 １２，１２' ブリッジ回路（第１，第２の駆動手段） １２１ 第１回路 １２２ 第２回路 １２３ 第３回路 １２４ 第４回路 １２５ ロジック回路（駆動制御手段） Ｑ１〜Ｑ４ スイッチ素子（ＦＥＴ） Ｒ 抵抗
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１２年７月１３日（２０００．７．１
３）
３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 圧電アクチュエータ
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はインパクト形圧電ア
クチュエータに関する。
クチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、被駆動部材を棒状の駆動部材に軸
方向に移動可能に取り付けるとともに、この駆動部材の
一方端に分極方向を軸方向に一致させて圧電素子を固着
してなるインパクト形圧電アクチュエータが知られてい
る。例えば特開平７−２９８６５６号公報にはカメラの
撮影レンズのアクチュエータとしてインパクト形圧電ア
クチュエータを適用したものが示されている。
方向に移動可能に取り付けるとともに、この駆動部材の
一方端に分極方向を軸方向に一致させて圧電素子を固着
してなるインパクト形圧電アクチュエータが知られてい
る。例えば特開平７−２９８６５６号公報にはカメラの
撮影レンズのアクチュエータとしてインパクト形圧電ア
クチュエータを適用したものが示されている。
【０００３】図１１は同公報に示されるインパクト形圧
電アクチュエータの概略構成を示す図である。また、図
１２及び図１３は同インパクト形圧電アクチュエータの
駆動回路の低速充電回路に適用される回路例であり、図
１４は同インパクト形圧電アクチュエータの駆動回路の
低速放電回路に適用される回路例である。
電アクチュエータの概略構成を示す図である。また、図
１２及び図１３は同インパクト形圧電アクチュエータの
駆動回路の低速充電回路に適用される回路例であり、図
１４は同インパクト形圧電アクチュエータの駆動回路の
低速放電回路に適用される回路例である。
【０００４】インパクト形圧電アクチュエータ１００は
図１１に示すように、棒状の駆動部材１０１、被駆動部
材１０２、積層型圧電素子１０３及び駆動回路１０４か
ら構成されている。被駆動部材１０２は駆動部材１０１
に所定の摩擦力で固定され、この摩擦力以上の力が作用
すると、駆動部材１０１の軸方向に移動可能になってい
る。そして、被駆動部材１０２に撮影レンズ等の駆動対
象物が固着されるようになっている。また、駆動部材１
０１の一方端に積層型圧電素子１０３が分極方向を軸方
向に一致させて固着されている。圧電素子１０３の両端
面には電極１０３ａ，１０３ｂが形成され、一方の電極
１０３ｂは接地され、他方の電極１０３ａに駆動回路１
０４が接続されている。
図１１に示すように、棒状の駆動部材１０１、被駆動部
材１０２、積層型圧電素子１０３及び駆動回路１０４か
ら構成されている。被駆動部材１０２は駆動部材１０１
に所定の摩擦力で固定され、この摩擦力以上の力が作用
すると、駆動部材１０１の軸方向に移動可能になってい
る。そして、被駆動部材１０２に撮影レンズ等の駆動対
象物が固着されるようになっている。また、駆動部材１
０１の一方端に積層型圧電素子１０３が分極方向を軸方
向に一致させて固着されている。圧電素子１０３の両端
面には電極１０３ａ，１０３ｂが形成され、一方の電極
１０３ｂは接地され、他方の電極１０３ａに駆動回路１
０４が接続されている。
【０００５】駆動回路１０４は被駆動部材１０２を駆動
部材１０１の先端（開放端）側に移動（以下、この移動
方向を正方向という。）させる正方向駆動回路１０５と
被駆動部材１０２を駆動部材１０１の基端側に移動（以
下、この移動方向を逆方向という。）させる逆方向駆動
回路１０６と両駆動回路１０５，１０６の駆動を制御す
る制御回路１０７とで構成されている。
部材１０１の先端（開放端）側に移動（以下、この移動
方向を正方向という。）させる正方向駆動回路１０５と
被駆動部材１０２を駆動部材１０１の基端側に移動（以
下、この移動方向を逆方向という。）させる逆方向駆動
回路１０６と両駆動回路１０５，１０６の駆動を制御す
る制御回路１０７とで構成されている。
【０００６】従来のインパクト形圧電アクチュエータ１
００は駆動部材１０１を異なる速度で振動させた際の当
該駆動部材１０１と被駆動部材１０２との間に発生する
摩擦力の相違を利用して被駆動部材１０２を駆動部材１
０１に対して相対的に移動させるようにしている。すな
わち、被駆動部材１０２と駆動部材１０１との間の摩擦
力は駆動部材１０１が高速で移動するときは低く、低速
で移動するときは高くなるから、駆動部材１０１の正方
向移動時は低速で行い、逆方向移動時は高速で行うこと
により被駆動部材１０２を駆動部材１０１に対して相対
的に正方向に移動させ（正方向駆動）、駆動部材１０１
の正方向移動時は高速で行い、逆方向移動時は低速で行
うことにより被駆動部材１０２を駆動部材１０１に対し
て相対的に逆方向に移動させるようにしている（逆方向
駆動）。
００は駆動部材１０１を異なる速度で振動させた際の当
該駆動部材１０１と被駆動部材１０２との間に発生する
摩擦力の相違を利用して被駆動部材１０２を駆動部材１
０１に対して相対的に移動させるようにしている。すな
わち、被駆動部材１０２と駆動部材１０１との間の摩擦
力は駆動部材１０１が高速で移動するときは低く、低速
で移動するときは高くなるから、駆動部材１０１の正方
向移動時は低速で行い、逆方向移動時は高速で行うこと
により被駆動部材１０２を駆動部材１０１に対して相対
的に正方向に移動させ（正方向駆動）、駆動部材１０１
の正方向移動時は高速で行い、逆方向移動時は低速で行
うことにより被駆動部材１０２を駆動部材１０１に対し
て相対的に逆方向に移動させるようにしている（逆方向
駆動）。
【０００７】従って、正方向駆動回路１０５は低速充電
回路１０５ａと高速放電回路１０５ｂとから構成され、
逆方向駆動回路１０６は高速充電回路１０６ａと低速放
電回路１０６ｂとから構成されている。充電回路１０５
ａ，１０６ａは圧電素子１０３に分極方向の電源電圧Ｖ
Pを印加して（圧電素子１０３を分極方向に充電して）
当該圧電素子１０３を分極方向（駆動部材１０１の軸方
向）に伸長させる回路である。低速充電回路１０５ａは
図１２，図１３に示すように、定電流回路で構成され、
充電電流を制限することにより充電速度を抑制（すなわ
ち、駆動部材１０１の正方向移動時の速度を抑制）する
ようになっている。
回路１０５ａと高速放電回路１０５ｂとから構成され、
逆方向駆動回路１０６は高速充電回路１０６ａと低速放
電回路１０６ｂとから構成されている。充電回路１０５
ａ，１０６ａは圧電素子１０３に分極方向の電源電圧Ｖ
Pを印加して（圧電素子１０３を分極方向に充電して）
当該圧電素子１０３を分極方向（駆動部材１０１の軸方
向）に伸長させる回路である。低速充電回路１０５ａは
図１２，図１３に示すように、定電流回路で構成され、
充電電流を制限することにより充電速度を抑制（すなわ
ち、駆動部材１０１の正方向移動時の速度を抑制）する
ようになっている。
【０００８】図１２はｐｎｐ形トランジスタＴｒ１の固
定バイアス回路にツェナーダイオードＺＤを並列接続し
てなる定電流充電回路である。抵抗ｒ１，ｒ２はトラン
ジスタＴｒ１のバイアス抵抗であり、ツェナーダイオー
ドＺＤはベースのバイアス抵抗ｒ２に並列に接続されて
いる。ツェナーダイオードＺＤによってトランジスタＴ
ｒ１のベース電圧を一定値に保持することで抵抗ｒ１の
電圧降下を所定の値に安定化し、これによりコレクタ電
流が所定値に抑制されるようになっている。
定バイアス回路にツェナーダイオードＺＤを並列接続し
てなる定電流充電回路である。抵抗ｒ１，ｒ２はトラン
ジスタＴｒ１のバイアス抵抗であり、ツェナーダイオー
ドＺＤはベースのバイアス抵抗ｒ２に並列に接続されて
いる。ツェナーダイオードＺＤによってトランジスタＴ
ｒ１のベース電圧を一定値に保持することで抵抗ｒ１の
電圧降下を所定の値に安定化し、これによりコレクタ電
流が所定値に抑制されるようになっている。
【０００９】また、図１３は図１２において抵抗ｒ２と
ツェナーダイオードＺＤとの並列回路がｎｐｎ形トラン
ジスタＴｒ２に置き換えられたものである。トランジス
タＴｒ２のベースとコレクタとはそれぞれトランジスタ
Ｔｒ１のエミッタとベースとに接続され、トランジスタ
Ｔｒ２のエミッタは電源ＶPに接続されている。トラン
ジスタＴｒ２によってトランジスタＴｒ１のベース電圧
を一定値に保持することで抵抗ｒ１の電圧降下を所定の
値に安定化し、これによりコレクタ電流が所定値に抑制
されるようになっている。
ツェナーダイオードＺＤとの並列回路がｎｐｎ形トラン
ジスタＴｒ２に置き換えられたものである。トランジス
タＴｒ２のベースとコレクタとはそれぞれトランジスタ
Ｔｒ１のエミッタとベースとに接続され、トランジスタ
Ｔｒ２のエミッタは電源ＶPに接続されている。トラン
ジスタＴｒ２によってトランジスタＴｒ１のベース電圧
を一定値に保持することで抵抗ｒ１の電圧降下を所定の
値に安定化し、これによりコレクタ電流が所定値に抑制
されるようになっている。
【００１０】また、放電回路１０５ｂ，１０６ｂは圧電
素子１０３に分極方向と逆方向の電位を与えて（図では
電極１０３ａを接地して）、充電電荷を放電させること
で伸長した当該圧電素子１０３を縮小させる回路であ
る。低速放電回路１０６ｂは図１４に示すように、定電
流回路で構成され、放電電流を制限することにより充電
速度を抑制する（すなわち、駆動部材１０１の逆方向移
動時の速度を抑制する）ようになっている。
素子１０３に分極方向と逆方向の電位を与えて（図では
電極１０３ａを接地して）、充電電荷を放電させること
で伸長した当該圧電素子１０３を縮小させる回路であ
る。低速放電回路１０６ｂは図１４に示すように、定電
流回路で構成され、放電電流を制限することにより充電
速度を抑制する（すなわち、駆動部材１０１の逆方向移
動時の速度を抑制する）ようになっている。
【００１１】図１４はｎｐｎ形トランジスタＴｒ３のベ
ースとアース間にツェナーダイオードＺＤを接続してな
る定電流放電回路である。抵抗ｒ４は放電電流を制限す
る抵抗である。ツェナーダイオードＺＤによってトラン
ジスタＴｒ３のベース電位を所定の値に保持することで
抵抗ｒ４の電圧降下を所定の値に安定化し、これにより
抵抗ｒ４を流れるエミッタ電流（放電電流）が所定の値
に抑制されるようになっている。
ースとアース間にツェナーダイオードＺＤを接続してな
る定電流放電回路である。抵抗ｒ４は放電電流を制限す
る抵抗である。ツェナーダイオードＺＤによってトラン
ジスタＴｒ３のベース電位を所定の値に保持することで
抵抗ｒ４の電圧降下を所定の値に安定化し、これにより
抵抗ｒ４を流れるエミッタ電流（放電電流）が所定の値
に抑制されるようになっている。
【００１２】制御回路１０７は正方向駆動回路１０５及
び逆方向駆動回路１０６の駆動を制御するもので、正方
向駆動において、低速充電回路１０５ａと高速放電回路
１０５ｂとを交互に駆動し、また、逆方向駆動におい
て、高速充電回路１０６ａと低速放電回路１０６ｂとを
交互に駆動する。
び逆方向駆動回路１０６の駆動を制御するもので、正方
向駆動において、低速充電回路１０５ａと高速放電回路
１０５ｂとを交互に駆動し、また、逆方向駆動におい
て、高速充電回路１０６ａと低速放電回路１０６ｂとを
交互に駆動する。
【００１３】正方向駆動において、低速充電回路１０５
ａと高速放電回路１０５ｂとを交互に駆動すると、圧電
素子１０３が低速伸長と高速縮小とを交互に繰り返し、
これにより駆動部材１０１が正方向の低速移動と逆方向
の高速移動とを繰り返す。一方、逆方向駆動において、
高速充電回路１０６ａと低速放電回路１０６ｂとを交互
に駆動すると、圧電素子１０３が高速伸長と低速縮小と
を交互に繰り返し、これにより駆動部材１０１が正方向
の高速移動と逆方向の低速移動とを繰り返す。従って、
正方向駆動においては被駆動部材１０２が駆動部材１０
１に対して相対的に正方向に移動し、逆方向駆動におい
ては被駆動部材１０２が駆動部材１０１に対して相対的
に逆方向に移動する。
ａと高速放電回路１０５ｂとを交互に駆動すると、圧電
素子１０３が低速伸長と高速縮小とを交互に繰り返し、
これにより駆動部材１０１が正方向の低速移動と逆方向
の高速移動とを繰り返す。一方、逆方向駆動において、
高速充電回路１０６ａと低速放電回路１０６ｂとを交互
に駆動すると、圧電素子１０３が高速伸長と低速縮小と
を交互に繰り返し、これにより駆動部材１０１が正方向
の高速移動と逆方向の低速移動とを繰り返す。従って、
正方向駆動においては被駆動部材１０２が駆動部材１０
１に対して相対的に正方向に移動し、逆方向駆動におい
ては被駆動部材１０２が駆動部材１０１に対して相対的
に逆方向に移動する。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、カメラの撮
影レンズや双眼鏡のレンズ等の携帯機器の光学系の駆動
源としてインパクト形アクチュエータを適用する場合、
携帯機器の軽量化、小型化等を考慮すると、駆動回路は
できる限り簡単かつ小型であることが望ましい。しか
し、上記従来のインパクト形圧電アクチュエータの駆動
回路１０４は定電流回路によって充電電流若しくは放電
電流が制限されるようになっているので、回路素子数が
多く、駆動回路１０４の小型化が困難となっている。
影レンズや双眼鏡のレンズ等の携帯機器の光学系の駆動
源としてインパクト形アクチュエータを適用する場合、
携帯機器の軽量化、小型化等を考慮すると、駆動回路は
できる限り簡単かつ小型であることが望ましい。しか
し、上記従来のインパクト形圧電アクチュエータの駆動
回路１０４は定電流回路によって充電電流若しくは放電
電流が制限されるようになっているので、回路素子数が
多く、駆動回路１０４の小型化が困難となっている。
【００１５】本発明は、上記課題及び検討結果に鑑みて
なされたものであり、回路構成の簡単な小型化の可能な
圧電アクチュエータを提供するものである。
なされたものであり、回路構成の簡単な小型化の可能な
圧電アクチュエータを提供するものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明は、圧電体と、上
記圧電体の分極方向の一方端に固定された駆動部材と、
上記圧電体の他方端に固定された支持部材と、上記駆動
部材に当該駆動部材の移動方向に相対的に移動可能に所
定の摩擦力で係合された被駆動部材とを備え、上記駆動
部材が上記圧電体の伸縮により異なる速度で往復変位す
ることによって上記被駆動部材を移動させる圧電アクチ
ュエータにおいて、上記圧電体に分極方向の電圧を印加
して当該分極方向に充放電する第１の駆動手段と、上記
圧電体に分極方向と逆方向の電圧を印加して上記第１の
駆動手段の充放電速度と略同一の速度で当該分極方向と
逆方向に充放電する第２の駆動手段と、上記第１の駆動
手段の駆動時間と上記第２の駆動手段の駆動時間とを異
ならせて上記第１，第２の駆動手段を交互に駆動する駆
動制御手段とを備えたものである（請求項１）。
記圧電体の分極方向の一方端に固定された駆動部材と、
上記圧電体の他方端に固定された支持部材と、上記駆動
部材に当該駆動部材の移動方向に相対的に移動可能に所
定の摩擦力で係合された被駆動部材とを備え、上記駆動
部材が上記圧電体の伸縮により異なる速度で往復変位す
ることによって上記被駆動部材を移動させる圧電アクチ
ュエータにおいて、上記圧電体に分極方向の電圧を印加
して当該分極方向に充放電する第１の駆動手段と、上記
圧電体に分極方向と逆方向の電圧を印加して上記第１の
駆動手段の充放電速度と略同一の速度で当該分極方向と
逆方向に充放電する第２の駆動手段と、上記第１の駆動
手段の駆動時間と上記第２の駆動手段の駆動時間とを異
ならせて上記第１，第２の駆動手段を交互に駆動する駆
動制御手段とを備えたものである（請求項１）。
【００１７】圧電アクチュエータは、圧電体と、この圧
電体の分極方向の一方端に固定された駆動部材と、この
駆動部材に所定の摩擦力で移動方向に相対的に移動可能
に係合された被駆動部材と、圧電体の駆動装置とからな
り、圧電体に分極方向の電圧と分極方向に対して逆方向
の電圧とを交互に印加して当該圧電体を振動させ、これ
により駆動部材を移動方向に往復動させて被駆動部材を
当該駆動部材に対して相対的に移動させるようになって
いる。
電体の分極方向の一方端に固定された駆動部材と、この
駆動部材に所定の摩擦力で移動方向に相対的に移動可能
に係合された被駆動部材と、圧電体の駆動装置とからな
り、圧電体に分極方向の電圧と分極方向に対して逆方向
の電圧とを交互に印加して当該圧電体を振動させ、これ
により駆動部材を移動方向に往復動させて被駆動部材を
当該駆動部材に対して相対的に移動させるようになって
いる。
【００１８】本発明によれば、圧電体を分極方向に充放
電する速度と分極方向に対して逆方向に充放電する速度
とを略同一にし、当該圧電体の分極方向への充放電時間
と分極方向と逆方向への充放電時間とに（すなわち、圧
電部材の伸縮に）比較的大きな差を設けることにより被
駆動部材が駆動部材に対して相対的に移動される。従来
のように分極方向の充電速度と分極方向に対して逆方向
の充電速度とに差を設けるために充電電流を制限するた
めの素子が必要でなくなるので、この分回路構成が簡単
になり、圧電アクチュエータの簡素化、小型化が可能に
なる。
電する速度と分極方向に対して逆方向に充放電する速度
とを略同一にし、当該圧電体の分極方向への充放電時間
と分極方向と逆方向への充放電時間とに（すなわち、圧
電部材の伸縮に）比較的大きな差を設けることにより被
駆動部材が駆動部材に対して相対的に移動される。従来
のように分極方向の充電速度と分極方向に対して逆方向
の充電速度とに差を設けるために充電電流を制限するた
めの素子が必要でなくなるので、この分回路構成が簡単
になり、圧電アクチュエータの簡素化、小型化が可能に
なる。
【００１９】また、本発明は、上記第１の駆動手段は、
上記圧電体の分極方向と逆方向に蓄積された電荷を放電
し、かつ、上記圧電体を分極方向に充電する充放電回路
からなり、上記第２の駆動手段は、上記圧電体の分極方
向に蓄積された電荷を放電し、かつ、上記圧電体を分極
方向と逆方向に充電する充放電回路からなるものである
（請求項２）。
上記圧電体の分極方向と逆方向に蓄積された電荷を放電
し、かつ、上記圧電体を分極方向に充電する充放電回路
からなり、上記第２の駆動手段は、上記圧電体の分極方
向に蓄積された電荷を放電し、かつ、上記圧電体を分極
方向と逆方向に充電する充放電回路からなるものである
（請求項２）。
【００２０】上記構成によれば、第１の駆動手段は圧電
体に分極方向の電圧を印加して圧電体の分極方向と逆方
向に蓄積された電荷を放電するとともに、圧電体を分極
方向に充電し、第２の駆動手段は圧電体に分極方向と逆
方向に電圧を印加して圧電体の分極方向に蓄積された電
荷を放電するとともに、圧電体を分極方向と逆方向に充
電する。従って、圧電体には見かけ上印加電圧の２倍の
電圧が駆動電圧として供給され、単位電圧当たりの圧電
体の伸縮量が増大し、圧電アクチュエータの駆動効率が
向上する。
体に分極方向の電圧を印加して圧電体の分極方向と逆方
向に蓄積された電荷を放電するとともに、圧電体を分極
方向に充電し、第２の駆動手段は圧電体に分極方向と逆
方向に電圧を印加して圧電体の分極方向に蓄積された電
荷を放電するとともに、圧電体を分極方向と逆方向に充
電する。従って、圧電体には見かけ上印加電圧の２倍の
電圧が駆動電圧として供給され、単位電圧当たりの圧電
体の伸縮量が増大し、圧電アクチュエータの駆動効率が
向上する。
【００２１】また、本発明は、上記第１の駆動手段は、
上記圧電体を分極方向に充電する充電回路からなり、上
記第２の駆動手段は、上記圧電体の分極方向に蓄積され
た電荷を放電する放電回路からなるものである（請求項
３）。
上記圧電体を分極方向に充電する充電回路からなり、上
記第２の駆動手段は、上記圧電体の分極方向に蓄積され
た電荷を放電する放電回路からなるものである（請求項
３）。
【００２２】上記構成によれば、第１の駆動手段は圧電
体に分極方向の電圧を印加して圧電体を分極方向に充電
し、第２の駆動手段は圧電体に分極方向と逆方向に電圧
を印加して圧電体の分極方向に蓄積された電荷を放電す
る。圧電体には充電時にだけ電源から電流が供給される
ので、電力消費が抑制される。
体に分極方向の電圧を印加して圧電体を分極方向に充電
し、第２の駆動手段は圧電体に分極方向と逆方向に電圧
を印加して圧電体の分極方向に蓄積された電荷を放電す
る。圧電体には充電時にだけ電源から電流が供給される
ので、電力消費が抑制される。
【００２３】また、本発明は、上記第１，第２の駆動手
段は、スイッチ回路からなる第１回路と第２回路とが直
列接続されるとともに、スイッチ回路からなる第３回路
と第４回路とが直列接続され、更に上記第１回路と上記
第２回路との接続点と上記第３回路と上記第４回路との
接続点との間に圧電体が接続され、かつ、上記第２回路
と上記第３回路との接続点と上記第１回路と上記第４回
路との接続点との間に電源が接続されてなるブリッジ回
路からなり、上記第２回路及び上記第４回路と上記電源
とで上記第１の駆動手段が構成され、上記第１回路及び
上記第３回路と上記電源とで上記第２の駆動回路が構成
されるものである（請求項４）。
段は、スイッチ回路からなる第１回路と第２回路とが直
列接続されるとともに、スイッチ回路からなる第３回路
と第４回路とが直列接続され、更に上記第１回路と上記
第２回路との接続点と上記第３回路と上記第４回路との
接続点との間に圧電体が接続され、かつ、上記第２回路
と上記第３回路との接続点と上記第１回路と上記第４回
路との接続点との間に電源が接続されてなるブリッジ回
路からなり、上記第２回路及び上記第４回路と上記電源
とで上記第１の駆動手段が構成され、上記第１回路及び
上記第３回路と上記電源とで上記第２の駆動回路が構成
されるものである（請求項４）。
【００２４】上記構成によれば、駆動回路をブリッジ回
路で構成することにより被駆動部材を駆動部材に対して
相対的に移動することが可能となる。ブリッジ回路から
なる駆動回路は、第２回路と第４回路（すなわち、２個
のスイッチ回路）で第１の駆動回路を構成し、第１回路
と第３回路（すなわち、２個のスイッチ回路）で第２の
駆動回路を構成することにより全体として４個のスイッ
チ素子で構成され、少ない素子数で両方向に駆動可能な
駆動回路が構成される。
路で構成することにより被駆動部材を駆動部材に対して
相対的に移動することが可能となる。ブリッジ回路から
なる駆動回路は、第２回路と第４回路（すなわち、２個
のスイッチ回路）で第１の駆動回路を構成し、第１回路
と第３回路（すなわち、２個のスイッチ回路）で第２の
駆動回路を構成することにより全体として４個のスイッ
チ素子で構成され、少ない素子数で両方向に駆動可能な
駆動回路が構成される。
【００２５】また、本発明は、圧電体と、上記圧電体の
分極方向の一方端に固定された駆動部材と、上記圧電体
の他方端に固定された支持部材と、上記駆動部材に当該
駆動部材の移動方向に相対的に移動可能に所定の摩擦力
で係合された被駆動部材とを備え、上記駆動部材が上記
圧電体の伸縮により異なる速度で往復変位することによ
って上記被駆動部材を移動させる圧電アクチュエータに
おいて、分極方向に沿った方向に充放電することによっ
て上記圧電体を伸縮させる充放電手段と、上記充放電手
段を制御し、上記圧電体を伸長させるための充放電と縮
小させるための充放電とを、略同一の速度でかつ異なる
駆動時間で行なわせる制御手段とを備えたものである
（請求項５）。
分極方向の一方端に固定された駆動部材と、上記圧電体
の他方端に固定された支持部材と、上記駆動部材に当該
駆動部材の移動方向に相対的に移動可能に所定の摩擦力
で係合された被駆動部材とを備え、上記駆動部材が上記
圧電体の伸縮により異なる速度で往復変位することによ
って上記被駆動部材を移動させる圧電アクチュエータに
おいて、分極方向に沿った方向に充放電することによっ
て上記圧電体を伸縮させる充放電手段と、上記充放電手
段を制御し、上記圧電体を伸長させるための充放電と縮
小させるための充放電とを、略同一の速度でかつ異なる
駆動時間で行なわせる制御手段とを備えたものである
（請求項５）。
【００２６】なお、上記圧電アクチュエータにおいて、
上記制御手段は、上記圧電体を伸長させるための充放電
時間と縮小させるための充放電時間との比が０．５でな
い矩形波状の電圧が上記圧電体に印加されるように上記
充放電手段を制御するとよい（請求項６）。
上記制御手段は、上記圧電体を伸長させるための充放電
時間と縮小させるための充放電時間との比が０．５でな
い矩形波状の電圧が上記圧電体に印加されるように上記
充放電手段を制御するとよい（請求項６）。
【００２７】上記構成によれば、圧電体は、分極方向に
充放電する速度と分極方向に対して逆方向に充電する速
度とを略同一にし、分極方向への充放電時間と分極方向
と逆方向への充放電時間とを異ならせて、分極方向とそ
れとは逆方向とに交互に充放電させられる。具体的には
伸長のための充放電時間と縮小のための充放電時間との
比が０．５でない矩形波状の電圧を印加することで、圧
電体は分極方向とそれとは逆方向とに交互に充放電させ
られる。圧電体はこの充放電により伸縮し、これにより
駆動部材は異なる速度で往復変位し、被駆動部材が移動
する。
充放電する速度と分極方向に対して逆方向に充電する速
度とを略同一にし、分極方向への充放電時間と分極方向
と逆方向への充放電時間とを異ならせて、分極方向とそ
れとは逆方向とに交互に充放電させられる。具体的には
伸長のための充放電時間と縮小のための充放電時間との
比が０．５でない矩形波状の電圧を印加することで、圧
電体は分極方向とそれとは逆方向とに交互に充放電させ
られる。圧電体はこの充放電により伸縮し、これにより
駆動部材は異なる速度で往復変位し、被駆動部材が移動
する。
【００２８】
【発明の実施の形態】図１は本発明に係る圧電アクチュ
エータの一実施の形態の概略構成を示す斜視図である。
図２は同圧電アクチュエータにおける当接部材の駆動部
材への取付状態を示す要部断面図である。
エータの一実施の形態の概略構成を示す斜視図である。
図２は同圧電アクチュエータにおける当接部材の駆動部
材への取付状態を示す要部断面図である。
【００２９】図１に示す圧電アクチュエータはインパク
ト形圧電アクチュエータである。圧電アクチュエータ１
は支持部材２、圧電部材３、駆動部材４及び被駆動部材
５から構成されている。
ト形圧電アクチュエータである。圧電アクチュエータ１
は支持部材２、圧電部材３、駆動部材４及び被駆動部材
５から構成されている。
【００３０】支持部材２は圧電部材３、駆動部材４及び
被駆動部材５を保持するものである。支持部材２は円柱
状をなし、軸方向の両端部及び略中央の仕切壁２０１を
残して内部を刳り貫くことによって形成された第１収容
空間２０２と第２収容空間２０３とを有している。軸方
向の長さの短い第１収容空間２０２には圧電部材３が積
層方向を支持部材２の軸方向に一致させて収容されてい
る。また、軸方向の長さの長い第２収容空間２０３には
駆動部材４と被駆動部材５とが収容されている。
被駆動部材５を保持するものである。支持部材２は円柱
状をなし、軸方向の両端部及び略中央の仕切壁２０１を
残して内部を刳り貫くことによって形成された第１収容
空間２０２と第２収容空間２０３とを有している。軸方
向の長さの短い第１収容空間２０２には圧電部材３が積
層方向を支持部材２の軸方向に一致させて収容されてい
る。また、軸方向の長さの長い第２収容空間２０３には
駆動部材４と被駆動部材５とが収容されている。
【００３１】圧電部材３は所要の厚さを有する板状の圧
電素子を複数枚、各圧電素子間に薄膜の電極（図略）を
挾み込んで接着してなる積層型圧電体で構成されてい
る。複数枚の圧電素子は隣接する圧電素子の分極方向が
互いに逆向きとなるように積層されている。これは各電
極には隣接する電極間で互いに正負の極性が逆になるよ
うに駆動電圧が並列に印加されるので、各圧電素子が同
一の方向に伸縮して圧電部材全体として大きい伸縮量が
得られるようにするためである。
電素子を複数枚、各圧電素子間に薄膜の電極（図略）を
挾み込んで接着してなる積層型圧電体で構成されてい
る。複数枚の圧電素子は隣接する圧電素子の分極方向が
互いに逆向きとなるように積層されている。これは各電
極には隣接する電極間で互いに正負の極性が逆になるよ
うに駆動電圧が並列に印加されるので、各圧電素子が同
一の方向に伸縮して圧電部材全体として大きい伸縮量が
得られるようにするためである。
【００３２】圧電部材３は長手方向の一方端面（以下、
この端面を基端面という。）が第１収容空間２０２の仕
切壁２０１と反対側の端面に固定されている。支持部材
２の仕切壁２０１及び第２収容空間２０３が隣接する側
の端部（支持部材２の先端部）には軸中心位置に丸孔が
穿設され、棒部材からなる駆動部材４が両丸孔を貫通し
て第２収容空間２０３に軸方向に移動可能に収容されて
いる。なお、駆動部材４の断面形状は丸形状に限定され
るものではなく、楕円形状、矩形形状等の任意の形状に
することができる。
この端面を基端面という。）が第１収容空間２０２の仕
切壁２０１と反対側の端面に固定されている。支持部材
２の仕切壁２０１及び第２収容空間２０３が隣接する側
の端部（支持部材２の先端部）には軸中心位置に丸孔が
穿設され、棒部材からなる駆動部材４が両丸孔を貫通し
て第２収容空間２０３に軸方向に移動可能に収容されて
いる。なお、駆動部材４の断面形状は丸形状に限定され
るものではなく、楕円形状、矩形形状等の任意の形状に
することができる。
【００３３】そして、駆動部材４の第１収容空間２０２
に突出した端部は圧電部材３の他方端面（以下、この面
を先端面という。）に固着され、駆動部材４の支持部材
２の先端部から突出した端部は板バネ６により所要のバ
ネ圧で圧電部材３側に付勢されている。この板バネ６に
よる駆動部材４の付勢は圧電部材３の伸縮動作に基づく
駆動部材４の軸方向の変位を安定化するためのものであ
る。
に突出した端部は圧電部材３の他方端面（以下、この面
を先端面という。）に固着され、駆動部材４の支持部材
２の先端部から突出した端部は板バネ６により所要のバ
ネ圧で圧電部材３側に付勢されている。この板バネ６に
よる駆動部材４の付勢は圧電部材３の伸縮動作に基づく
駆動部材４の軸方向の変位を安定化するためのものであ
る。
【００３４】被駆動部材５は両側に耳部５０２を有する
基部５０１とこの耳部５０２の間に嵌合される挾み込み
部材５０３とを備えている（図２参照）。基部５０１の
両耳部５０２の付け根部分には駆動部材４よりも僅かに
径の大きい丸孔５０４が穿設されている。この丸孔５０
４は基部５０１の挾み込み部材５０３が対向する面に半
円状の溝が形成される位置に設けられている。被駆動部
材５は図２に示すように、丸孔５０４に駆動部材４を遊
嵌状態で貫通させ、その駆動部材４を基部５０１と挾み
込み部材５０３とで挾み込んで当該駆動部材４に軸方向
に移動可能に取り付けられている。挾み込み部材５０３
の上部には両耳部５０２の上面より突出する突起５０３
ａが形成される一方、両耳部５０２の上面にこの突起部
５０３ａに圧接されるように板バネ７が固設され、この
板バネ７により挾み込み部材５０３は所要のバネ圧で駆
動部材４側に付勢されている。
基部５０１とこの耳部５０２の間に嵌合される挾み込み
部材５０３とを備えている（図２参照）。基部５０１の
両耳部５０２の付け根部分には駆動部材４よりも僅かに
径の大きい丸孔５０４が穿設されている。この丸孔５０
４は基部５０１の挾み込み部材５０３が対向する面に半
円状の溝が形成される位置に設けられている。被駆動部
材５は図２に示すように、丸孔５０４に駆動部材４を遊
嵌状態で貫通させ、その駆動部材４を基部５０１と挾み
込み部材５０３とで挾み込んで当該駆動部材４に軸方向
に移動可能に取り付けられている。挾み込み部材５０３
の上部には両耳部５０２の上面より突出する突起５０３
ａが形成される一方、両耳部５０２の上面にこの突起部
５０３ａに圧接されるように板バネ７が固設され、この
板バネ７により挾み込み部材５０３は所要のバネ圧で駆
動部材４側に付勢されている。
【００３５】このバネ圧は圧電部材３の伸縮動作に基づ
く駆動部材４の軸方向の往復動において、当該駆動部材
４と基部５０１及び挾み込み部材５０３との間に生じる
往動時の摩擦力と復動時の摩擦力とに差を生じさせ、被
駆動部材５を駆動部材４に対して相対移動させるための
ものである。すなわち、板バネ７のバネ圧により、駆動
部材４が高速で移動するときは、当該駆動部材4に対し
て被駆動部材５が相対的に移動し得る程度に被駆動部材
５と駆動部材４との間に低い摩擦力が発生し、駆動部材
４が低速で移動するときは、当該駆動部材４と共に被駆
動部材５が移動し得るように被駆動部材５と駆動部材４
との間に高い摩擦力を発生するようになっている。
く駆動部材４の軸方向の往復動において、当該駆動部材
４と基部５０１及び挾み込み部材５０３との間に生じる
往動時の摩擦力と復動時の摩擦力とに差を生じさせ、被
駆動部材５を駆動部材４に対して相対移動させるための
ものである。すなわち、板バネ７のバネ圧により、駆動
部材４が高速で移動するときは、当該駆動部材4に対し
て被駆動部材５が相対的に移動し得る程度に被駆動部材
５と駆動部材４との間に低い摩擦力が発生し、駆動部材
４が低速で移動するときは、当該駆動部材４と共に被駆
動部材５が移動し得るように被駆動部材５と駆動部材４
との間に高い摩擦力を発生するようになっている。
【００３６】なお、本実施の形態では挾み込み部材５０
３を駆動部材４に圧接させるための付勢手段として板バ
ネを用いているが、付勢力が生じるものであれば、これ
に限定されるものではなく、例えばコイルバネやゴム等
の弾性部材を用いることもできる。
３を駆動部材４に圧接させるための付勢手段として板バ
ネを用いているが、付勢力が生じるものであれば、これ
に限定されるものではなく、例えばコイルバネやゴム等
の弾性部材を用いることもできる。
【００３７】図３は圧電部材３の駆動回路の第１の実施
形態を示す図である。同図に示す駆動回路は圧電部材３
を分極方向に充電する充電回路８、充電により蓄積され
た電荷を放電する放電回路９及びこれらの回路８，９の
駆動を制御する制御回路１０により構成されている。
形態を示す図である。同図に示す駆動回路は圧電部材３
を分極方向に充電する充電回路８、充電により蓄積され
た電荷を放電する放電回路９及びこれらの回路８，９の
駆動を制御する制御回路１０により構成されている。
【００３８】充電回路８は圧電部材３の電極３０２に電
源電圧ＶPを印加し、圧電部材３を分極方向に充電（分
極を強める方向に充電）するもので、本発明に係る圧電
アクチュエータの第１の駆動手段に相当するものであ
る。また、放電回路９は圧電部材３の電極３０１を接地
し（すなわち、圧電部材３の端子間電圧に対して逆方向
の電位を与えて）、圧電部材３に蓄積された電荷を放電
するもので、本発明に係る圧電アクチュエータの第２の
駆動手段に相当するものである。
源電圧ＶPを印加し、圧電部材３を分極方向に充電（分
極を強める方向に充電）するもので、本発明に係る圧電
アクチュエータの第１の駆動手段に相当するものであ
る。また、放電回路９は圧電部材３の電極３０１を接地
し（すなわち、圧電部材３の端子間電圧に対して逆方向
の電位を与えて）、圧電部材３に蓄積された電荷を放電
するもので、本発明に係る圧電アクチュエータの第２の
駆動手段に相当するものである。
【００３９】充電回路８はＰチャンネルＭＯＳ型ＦＥＴ
（電界効果型トランジスタ）からなるスイッチ素子Ｑ１
とこれに接続されている電源１１とで構成され、放電回
路９はアースに接続されたＮチャンネルＭＯＳ型ＦＥＴ
（電界効果型トランジスタ）からなるスイッチ素子Ｑ２
で構成されている。なお、本実施の形態ではスイッチ素
子としてＦＥＴを用いているが、バイポーラトランジス
タ、接合型ＦＥＴ、ＧＴＯ（Gate Turn-off Thyristo
r）など他の電子スイッチ素子を用いてもよい。
（電界効果型トランジスタ）からなるスイッチ素子Ｑ１
とこれに接続されている電源１１とで構成され、放電回
路９はアースに接続されたＮチャンネルＭＯＳ型ＦＥＴ
（電界効果型トランジスタ）からなるスイッチ素子Ｑ２
で構成されている。なお、本実施の形態ではスイッチ素
子としてＦＥＴを用いているが、バイポーラトランジス
タ、接合型ＦＥＴ、ＧＴＯ（Gate Turn-off Thyristo
r）など他の電子スイッチ素子を用いてもよい。
【００４０】圧電部材３の分極方向（図３で矢印Ｐで示
す方向）を基準として−側の電極３０１は接地され、＋
側の電極３０２はスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のドレインに
接続されている。また、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２の各ゲ
ートは制御回路１０の制御端子Ｃ１，Ｃ２に接続され、
スイッチ素子Ｑ１のソースは電源１１に接続され、スイ
ッチ素子Ｑ２のソースは接地されている。そして、充電
回路８及び放電回路９には制御回路１０からそれぞれ駆
動制御信号Ｓc1，Ｓc2が入力され、制御回路１０により
充電回路８及び放電回路９の駆動（すなわち、充電回路
８及び放電回路９と圧電部材３との接続）が制御され
る。
す方向）を基準として−側の電極３０１は接地され、＋
側の電極３０２はスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のドレインに
接続されている。また、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２の各ゲ
ートは制御回路１０の制御端子Ｃ１，Ｃ２に接続され、
スイッチ素子Ｑ１のソースは電源１１に接続され、スイ
ッチ素子Ｑ２のソースは接地されている。そして、充電
回路８及び放電回路９には制御回路１０からそれぞれ駆
動制御信号Ｓc1，Ｓc2が入力され、制御回路１０により
充電回路８及び放電回路９の駆動（すなわち、充電回路
８及び放電回路９と圧電部材３との接続）が制御され
る。
【００４１】同図に示すように充電回路８及び放電回路
９に電流を制限する抵抗等の素子を設けていないので、
駆動回路は可能な限り簡単な回路構成になっている。こ
れにより駆動回路の簡素化及び小型化が図られ、圧電ア
クチュエータ１の小型化も可能となっている。
９に電流を制限する抵抗等の素子を設けていないので、
駆動回路は可能な限り簡単な回路構成になっている。こ
れにより駆動回路の簡素化及び小型化が図られ、圧電ア
クチュエータ１の小型化も可能となっている。
【００４２】制御回路１０は充電回路８及び放電回路９
の駆動を制御するもので、本発明に係る圧電アクチュエ
ータの駆動制御手段に相当するものである。制御回路１
０は充電回路８と放電回路９とを互いに駆動時間を異な
らせるような所定のデューティ比のパルス信号からなる
駆動制御信号Ｓc1，Ｓc2で交互に駆動する。
の駆動を制御するもので、本発明に係る圧電アクチュエ
ータの駆動制御手段に相当するものである。制御回路１
０は充電回路８と放電回路９とを互いに駆動時間を異な
らせるような所定のデューティ比のパルス信号からなる
駆動制御信号Ｓc1，Ｓc2で交互に駆動する。
【００４３】図４は図３の駆動回路の制御信号Ｓc1，Ｓ
c2と圧電部材３の充放電電圧の波形を示す図である。
c2と圧電部材３の充放電電圧の波形を示す図である。
【００４４】同図に示すように、圧電アクチュエータ１
の駆動時には制御回路１０の制御端子Ｃ１，Ｃ２からは
スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２に対してそれぞれ駆動制御信号
Ｓc1，Ｓc2が入力される。駆動制御信号Ｓc1，Ｓc2は同
相の矩形波信号で、被駆動部材５を支持部材２の先端側
に駆動する場合（以下、この方向の駆動を「正方向駆
動」という。）には充電回路８のオン期間ｔ１と放電回
路９のオン期間ｔ２との比Ｄ（＝ＴON／（ＴON＋
ＴOFF））＝ｔ１／（ｔ１＋ｔ２）（以下、デューティ
比Ｄという。）は０．５以下の比較的小さい値に設定さ
れている。また、被駆動部材５を支持部材２の基端側に
駆動する場合（以下、この方向の駆動を「逆方向駆動」
という。）には充電回路８のオン期間ｔ３と放電回路９
のオン期間ｔ４とのデューティ比Ｄ＝ｔ３／（ｔ３＋ｔ
４）は０．５以上の比較的大きい値に設定されている。
の駆動時には制御回路１０の制御端子Ｃ１，Ｃ２からは
スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２に対してそれぞれ駆動制御信号
Ｓc1，Ｓc2が入力される。駆動制御信号Ｓc1，Ｓc2は同
相の矩形波信号で、被駆動部材５を支持部材２の先端側
に駆動する場合（以下、この方向の駆動を「正方向駆
動」という。）には充電回路８のオン期間ｔ１と放電回
路９のオン期間ｔ２との比Ｄ（＝ＴON／（ＴON＋
ＴOFF））＝ｔ１／（ｔ１＋ｔ２）（以下、デューティ
比Ｄという。）は０．５以下の比較的小さい値に設定さ
れている。また、被駆動部材５を支持部材２の基端側に
駆動する場合（以下、この方向の駆動を「逆方向駆動」
という。）には充電回路８のオン期間ｔ３と放電回路９
のオン期間ｔ４とのデューティ比Ｄ＝ｔ３／（ｔ３＋ｔ
４）は０．５以上の比較的大きい値に設定されている。
【００４５】なお、スイッチ素子Ｑ１はＰチャンネルＦ
ＥＴであるので、駆動制御信号Ｓc1がローレベルでオン
になり、スイッチ素子Ｑ２はＮチャンネルＦＥＴである
ので、駆動制御信号Ｓc2がハイレベルでオンになる。
ＥＴであるので、駆動制御信号Ｓc1がローレベルでオン
になり、スイッチ素子Ｑ２はＮチャンネルＦＥＴである
ので、駆動制御信号Ｓc2がハイレベルでオンになる。
【００４６】圧電部材３の充放電速度を略同一にし、充
放電時間のデューティ比Ｄのみで圧電アクチュエータ1
の駆動を制御しているのは、分極方向への充電時間と分
極方向と逆方向への充電時間とに比較的大きい差を設け
ることにより一定の条件下で被駆動部材５が駆動部材４
に対して相対移動するという実験結果に基づくものであ
る。
放電時間のデューティ比Ｄのみで圧電アクチュエータ1
の駆動を制御しているのは、分極方向への充電時間と分
極方向と逆方向への充電時間とに比較的大きい差を設け
ることにより一定の条件下で被駆動部材５が駆動部材４
に対して相対移動するという実験結果に基づくものであ
る。
【００４７】図５は充放電速度が略同一で、充電時間と
放電時間とが異なるように駆動電圧を印加したときの圧
電部材の変位の過渡応答を示す図である。
放電時間とが異なるように駆動電圧を印加したときの圧
電部材の変位の過渡応答を示す図である。
【００４８】同図の下段に示す矩形は充電時間が放電時
間より長い所定のデューティ比を有する圧電部材３の駆
動制御信号の1周期分を示し、上段の波形はその駆動制
御信号が印加されたときの圧電部材３及び駆動部材４の
過渡的な伸縮動作を示す図である。なお、図５に示す圧
電部材３及び駆動部材４の伸縮動作の過渡波形は、説明
の便宜上、共振周波数の基本波の波形で表している。
間より長い所定のデューティ比を有する圧電部材３の駆
動制御信号の1周期分を示し、上段の波形はその駆動制
御信号が印加されたときの圧電部材３及び駆動部材４の
過渡的な伸縮動作を示す図である。なお、図５に示す圧
電部材３及び駆動部材４の伸縮動作の過渡波形は、説明
の便宜上、共振周波数の基本波の波形で表している。
【００４９】圧電部材３に分極方向の駆動電圧＋ＶPを
印加して充電すると、圧電部材３は伸長し、その圧電部
材３を接地して蓄積された電荷を放電すると、圧電部材
３は縮小する。しかし、圧電部材３及び駆動部材４には
弾性があるため、例えば伸長動作を過渡的にみると、圧
電部材３は圧電部材自体、駆動部材４及び被駆動部材５
等によって決定される所定の共振周波数で振動しながら
所定の長さに伸長する。すなわち、図５に示すように、
例えばａ点で圧電部材３に駆動電圧＋ＶPが印加される
と、圧電部材３は高速で大きく伸長した後、ｂ点で縮小
に転じ、その後は振動的に伸長と縮小とを繰り返してｃ
点近傍の伸長量に落ち着いていく（図５のｃ点から仮想
線で示す波形を参照）。このような過渡的な変位動作の
事情は縮小動作についても同様で、充電後に圧電部材３
が接地されると、高速で大きく縮小した後、ある変位量
で伸長に転じ、その後は振動的に縮小と伸長とを繰り返
して所定の縮小量に落ち着いていく（図５のｄ点から仮
想線で示す波形を参照）。
印加して充電すると、圧電部材３は伸長し、その圧電部
材３を接地して蓄積された電荷を放電すると、圧電部材
３は縮小する。しかし、圧電部材３及び駆動部材４には
弾性があるため、例えば伸長動作を過渡的にみると、圧
電部材３は圧電部材自体、駆動部材４及び被駆動部材５
等によって決定される所定の共振周波数で振動しながら
所定の長さに伸長する。すなわち、図５に示すように、
例えばａ点で圧電部材３に駆動電圧＋ＶPが印加される
と、圧電部材３は高速で大きく伸長した後、ｂ点で縮小
に転じ、その後は振動的に伸長と縮小とを繰り返してｃ
点近傍の伸長量に落ち着いていく（図５のｃ点から仮想
線で示す波形を参照）。このような過渡的な変位動作の
事情は縮小動作についても同様で、充電後に圧電部材３
が接地されると、高速で大きく縮小した後、ある変位量
で伸長に転じ、その後は振動的に縮小と伸長とを繰り返
して所定の縮小量に落ち着いていく（図５のｄ点から仮
想線で示す波形を参照）。
【００５０】圧電部材３に、図５に示すようなパルス状
の駆動電圧が印加された場合、放電された状態からａ点
で圧電部材３に電圧ＶPが印加されて充電が行われる
と、圧電素子３は高速でｂ点まで伸長するが、その後は
伸長速度よりも遅い速度でｃ点まで縮小する（図５でａ
−ｂ間の傾斜よりもｂ−ｃ間の傾斜が緩やかになる）。
これは略同一の時間で伸長と縮小とが行われるとする
と、圧電部材３、駆動部材４等の粘性により縮小量が伸
長量より小さくなるためである。
の駆動電圧が印加された場合、放電された状態からａ点
で圧電部材３に電圧ＶPが印加されて充電が行われる
と、圧電素子３は高速でｂ点まで伸長するが、その後は
伸長速度よりも遅い速度でｃ点まで縮小する（図５でａ
−ｂ間の傾斜よりもｂ−ｃ間の傾斜が緩やかになる）。
これは略同一の時間で伸長と縮小とが行われるとする
と、圧電部材３、駆動部材４等の粘性により縮小量が伸
長量より小さくなるためである。
【００５１】次に縮小動作がほぼ終了するｃ点のタイミ
ング（このタイミングは分極方向へ充電した際の圧電部
材３の共振周波数の約１周期分のタイミングに相当す
る。）で圧電部材３に電圧０ｖが印加されて（接地され
て）放電が行われると、圧電部材３はその変位位置から
更にｄ点まで縮小動作を行なう。このとき、圧電部材３
の伸長量δ１は定常的に放電を行なったときの縮小量に
近いので、その縮小速度はａ−ｂ間の伸長速度よりも低
速となる。すなわち、ｃ−ｄ間の傾斜はａ−ｂ間の傾斜
よりも緩やかになる。
ング（このタイミングは分極方向へ充電した際の圧電部
材３の共振周波数の約１周期分のタイミングに相当す
る。）で圧電部材３に電圧０ｖが印加されて（接地され
て）放電が行われると、圧電部材３はその変位位置から
更にｄ点まで縮小動作を行なう。このとき、圧電部材３
の伸長量δ１は定常的に放電を行なったときの縮小量に
近いので、その縮小速度はａ−ｂ間の伸長速度よりも低
速となる。すなわち、ｃ−ｄ間の傾斜はａ−ｂ間の傾斜
よりも緩やかになる。
【００５２】そして、その縮小動作がほぼ終了するタイ
ミング（このタイミングは分極方向と逆方向に充電した
際の圧電部材３の共振周波数の約１／２周期分のタイミ
ングに相当する。）ｄ点で再び、圧電部材３に電圧ＶP
が印加されて充電が行われると、圧電部材３は再度、高
速で伸長動作を行ない、以下、図６に示すように駆動電
圧の波形に応じて上述の圧電部材３の伸縮動作が繰り返
される。
ミング（このタイミングは分極方向と逆方向に充電した
際の圧電部材３の共振周波数の約１／２周期分のタイミ
ングに相当する。）ｄ点で再び、圧電部材３に電圧ＶP
が印加されて充電が行われると、圧電部材３は再度、高
速で伸長動作を行ない、以下、図６に示すように駆動電
圧の波形に応じて上述の圧電部材３の伸縮動作が繰り返
される。
【００５３】上述の圧電部材３の伸縮動作において、伸
長動作は高速で行われ、縮小動作はそれよりも低速で行
われるので、圧電部材３の伸縮動作によって駆動部材４
が往復動を繰り返すと、高速の往動時では駆動部材４と
被駆動部材５との間の摩擦力は低く、低速の復動時では
駆動部材４と被駆動部材５との間の摩擦力は高くなるこ
とから被駆動部材５は復動時にのみ駆動部材４と共に移
動することとなる。従って、図６に示すように被駆動部
材５は駆動部材４の往復動に応じて停止と移動とを繰り
返し、全体として逆方向移動を行なう。
長動作は高速で行われ、縮小動作はそれよりも低速で行
われるので、圧電部材３の伸縮動作によって駆動部材４
が往復動を繰り返すと、高速の往動時では駆動部材４と
被駆動部材５との間の摩擦力は低く、低速の復動時では
駆動部材４と被駆動部材５との間の摩擦力は高くなるこ
とから被駆動部材５は復動時にのみ駆動部材４と共に移
動することとなる。従って、図６に示すように被駆動部
材５は駆動部材４の往復動に応じて停止と移動とを繰り
返し、全体として逆方向移動を行なう。
【００５４】図６は充電時間が放電時間より長い所定の
デューティ比Ｄ（＝ＴON／（ＴON＋ＴOFF））を有する
駆動制御信号によりパルス状の駆動電圧を圧電部材３に
印加した場合の例であるが、圧電部材３に充電時間が放
電時間より短い所定のデューティ比Ｄを有する駆動制御
信号によりパルス状の駆動電圧を印加した場合は、上述
の充放電速度の関係が逆になり、圧電部材３は放電時に
高速で縮小し、充電時に低速で伸長を行なうことになる
から、被駆動部材５は駆動部材４の往復動に応じて移動
と停止とを繰り返し、全体として正方向移動を行なうこ
とになる。
デューティ比Ｄ（＝ＴON／（ＴON＋ＴOFF））を有する
駆動制御信号によりパルス状の駆動電圧を圧電部材３に
印加した場合の例であるが、圧電部材３に充電時間が放
電時間より短い所定のデューティ比Ｄを有する駆動制御
信号によりパルス状の駆動電圧を印加した場合は、上述
の充放電速度の関係が逆になり、圧電部材３は放電時に
高速で縮小し、充電時に低速で伸長を行なうことになる
から、被駆動部材５は駆動部材４の往復動に応じて移動
と停止とを繰り返し、全体として正方向移動を行なうこ
とになる。
【００５５】従って、図４において、制御回路１０から
デューティ比Ｄが０．５よりも小さい所定の値を有する
駆動制御信号Ｓc1，Ｓc2がスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２に出
力されるときは、圧電部材３が高速縮小と低速伸長とを
交互に繰り返すので、被駆動部材５は支持部材２の先端
側に移動する（正方向駆動）。また、制御回路１０から
デューティ比Ｄが０．５よりも大きい所定の値を有する
駆動制御信号Ｓc1，Ｓc2がスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２に出
力されるときは、圧電部材３が高速伸長と低速縮小とを
交互に繰り返すので、被駆動部材５は支持部材２の基端
側に移動する（逆方向駆動）。
デューティ比Ｄが０．５よりも小さい所定の値を有する
駆動制御信号Ｓc1，Ｓc2がスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２に出
力されるときは、圧電部材３が高速縮小と低速伸長とを
交互に繰り返すので、被駆動部材５は支持部材２の先端
側に移動する（正方向駆動）。また、制御回路１０から
デューティ比Ｄが０．５よりも大きい所定の値を有する
駆動制御信号Ｓc1，Ｓc2がスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２に出
力されるときは、圧電部材３が高速伸長と低速縮小とを
交互に繰り返すので、被駆動部材５は支持部材２の基端
側に移動する（逆方向駆動）。
【００５６】被駆動部材５を安定して所望の方向に移動
させるには、上述のように充電時間（図５のａ−ｃの時
間を参照）は分極方向へ充電した際の圧電部材３の共振
周波数の約１周期分の期間に、また、放電時間（図５の
ｃ−ｄの時間を参照）は分極方向と逆方向に充電した際
の圧電部材３の共振周波数の約１／２周期分の期間に設
定するのが好ましいが、実際には圧電部材３の支持部材
２への取付構造や駆動部材４等の要因により圧電部材３
の変位波形が図５に示すような波形とならず、他の周波
数成分が重畳された歪んだ波形となるので、適切な圧電
部材３の駆動制御信号は圧電アクチュエータ毎に調整し
て設定されることになる。
させるには、上述のように充電時間（図５のａ−ｃの時
間を参照）は分極方向へ充電した際の圧電部材３の共振
周波数の約１周期分の期間に、また、放電時間（図５の
ｃ−ｄの時間を参照）は分極方向と逆方向に充電した際
の圧電部材３の共振周波数の約１／２周期分の期間に設
定するのが好ましいが、実際には圧電部材３の支持部材
２への取付構造や駆動部材４等の要因により圧電部材３
の変位波形が図５に示すような波形とならず、他の周波
数成分が重畳された歪んだ波形となるので、適切な圧電
部材３の駆動制御信号は圧電アクチュエータ毎に調整し
て設定されることになる。
【００５７】なお、駆動制御信号の充放電時間のデュー
ティ比Ｄが圧電部材３の共振周波数に正確に関係してい
ない場合であっても被駆動部材５をデューティ比Ｄに応
じて正方向若しくは逆方向に移動させることは可能であ
る。
ティ比Ｄが圧電部材３の共振周波数に正確に関係してい
ない場合であっても被駆動部材５をデューティ比Ｄに応
じて正方向若しくは逆方向に移動させることは可能であ
る。
【００５８】また、圧電部材３、駆動部材４及び被駆動
部材５間の取付構造や条件によっては、図４に示したも
のと逆の方向に駆動させることも可能である。すなわ
ち、駆動制御信号のデューティ比Ｄを０．５よりも小さ
い値にすることで被駆動部材５を逆方向に移動させ、デ
ューティ比Ｄを０．５よりも大きい値にすることで被駆
動部材５を正方向に移動させることも可能である。
部材５間の取付構造や条件によっては、図４に示したも
のと逆の方向に駆動させることも可能である。すなわ
ち、駆動制御信号のデューティ比Ｄを０．５よりも小さ
い値にすることで被駆動部材５を逆方向に移動させ、デ
ューティ比Ｄを０．５よりも大きい値にすることで被駆
動部材５を正方向に移動させることも可能である。
【００５９】図７は圧電部材３の駆動回路の第２の実施
形態を示す図である。同図はブリッジ回路を用いて駆動
回路を構成したものである。
形態を示す図である。同図はブリッジ回路を用いて駆動
回路を構成したものである。
【００６０】同図において、ＭＯＳ型ＦＥＴからなる４
個のスイッチ回路１２１，１２２を直列接続するととも
に、スイッチ回路１２３，１２４を直列接続してブリッ
ジ回路１２が構成されている。スイッチ素子Ｑ１，Ｑ４
はＮチャンネルＦＥＴであり、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ３
はＰチャンネルＦＥＴである。第２回路１２２及び第３
回路１２３の接続点ａと第１回路１２１及び第４回路１
２４の接続点ｃとの間に図略の電源が接続され、第１回
路１２１及び２回路１２２の接続点ｂと第３回路１２３
及び第４回路１２４の接続点ｄとの間に圧電部材３が接
続されている。各スイッチ回路１２１，１２２，１２
３，１２４（すなわち、各ＦＥＴのゲート）にはそれぞ
れ制御回路１０の制御端子Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４から
駆動制御信号Ｓc1，Ｓc2，Ｓc3，Ｓc4が入力されるよう
になっている。
個のスイッチ回路１２１，１２２を直列接続するととも
に、スイッチ回路１２３，１２４を直列接続してブリッ
ジ回路１２が構成されている。スイッチ素子Ｑ１，Ｑ４
はＮチャンネルＦＥＴであり、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ３
はＰチャンネルＦＥＴである。第２回路１２２及び第３
回路１２３の接続点ａと第１回路１２１及び第４回路１
２４の接続点ｃとの間に図略の電源が接続され、第１回
路１２１及び２回路１２２の接続点ｂと第３回路１２３
及び第４回路１２４の接続点ｄとの間に圧電部材３が接
続されている。各スイッチ回路１２１，１２２，１２
３，１２４（すなわち、各ＦＥＴのゲート）にはそれぞ
れ制御回路１０の制御端子Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４から
駆動制御信号Ｓc1，Ｓc2，Ｓc3，Ｓc4が入力されるよう
になっている。
【００６１】接続点ａ，ｃ間に接続される電源の正負の
極性及び接続点ｂ，ｄ間に接続される圧電部材３の分極
方向は任意に設定することができるが、例えば図７に示
すように接続点ａを電源の正極とし、圧電部材３が矢印
Ｐの方向に分極され、＋分極側が接続点ｂに接続されて
いるとすると、第２回路１２２及び第４回路１２４は圧
電部材３に分極方向（分極を強める方向）に電源電圧Ｖ
Pを印加して端子間電圧Ｖsが＋ＶPとなるまで充電する
回路（本発明に係る圧電アクチュエータの第１の駆動手
段）を構成し、第１回路１２１及び第３回路１２３は圧
電部材３に分極方向と逆方向に電源電圧ＶPを印加して
充電電荷を放電し、かつ、端子間電圧Ｖsが−ＶPとなる
まで充電する回路（本発明に係る圧電アクチュエータの
第２の駆動手段）を構成している。
極性及び接続点ｂ，ｄ間に接続される圧電部材３の分極
方向は任意に設定することができるが、例えば図７に示
すように接続点ａを電源の正極とし、圧電部材３が矢印
Ｐの方向に分極され、＋分極側が接続点ｂに接続されて
いるとすると、第２回路１２２及び第４回路１２４は圧
電部材３に分極方向（分極を強める方向）に電源電圧Ｖ
Pを印加して端子間電圧Ｖsが＋ＶPとなるまで充電する
回路（本発明に係る圧電アクチュエータの第１の駆動手
段）を構成し、第１回路１２１及び第３回路１２３は圧
電部材３に分極方向と逆方向に電源電圧ＶPを印加して
充電電荷を放電し、かつ、端子間電圧Ｖsが−ＶPとなる
まで充電する回路（本発明に係る圧電アクチュエータの
第２の駆動手段）を構成している。
【００６２】なお、圧電部材３の接続方向を逆にする
と、第２回路１２２及び第４回路１２４が圧電部材３を
分極方向に充電する回路となり、第１回路１２１及び第
３回路１２３が圧電部材３に分極方向と逆方向に充電す
る回路となる。 すなわち、第１回路１２１及び第３回
路１２３は圧電部材３に分極方向の電源電圧ＶPを印加
して端子間電圧Ｖsが＋ＶPとなるまで充電する回路（第
１の駆動手段）を構成し、第２回路１２２及び第４回路
１２４は圧電部材３に分極方向と逆方向の電源電圧ＶP
を印加して充電電荷を放電し、かつ、端子間電圧Ｖsが
−ＶPとなるまで充電する回路（第２の駆動手段）を構
成する。
と、第２回路１２２及び第４回路１２４が圧電部材３を
分極方向に充電する回路となり、第１回路１２１及び第
３回路１２３が圧電部材３に分極方向と逆方向に充電す
る回路となる。 すなわち、第１回路１２１及び第３回
路１２３は圧電部材３に分極方向の電源電圧ＶPを印加
して端子間電圧Ｖsが＋ＶPとなるまで充電する回路（第
１の駆動手段）を構成し、第２回路１２２及び第４回路
１２４は圧電部材３に分極方向と逆方向の電源電圧ＶP
を印加して充電電荷を放電し、かつ、端子間電圧Ｖsが
−ＶPとなるまで充電する回路（第２の駆動手段）を構
成する。
【００６３】駆動回路をブリッジ回路で構成した場合
は、圧電部材３には−ＶP〜＋ＶPの充電電圧が印加され
るので、等価的に圧電部材３の駆動電圧が２ＶPとな
り、図３に示す駆動回路よりも駆動電圧が２倍となり、
低電圧で変位量の大きい圧電アクチュエータを構成する
ことができる利点がある。
は、圧電部材３には−ＶP〜＋ＶPの充電電圧が印加され
るので、等価的に圧電部材３の駆動電圧が２ＶPとな
り、図３に示す駆動回路よりも駆動電圧が２倍となり、
低電圧で変位量の大きい圧電アクチュエータを構成する
ことができる利点がある。
【００６４】図８は図７に示す駆動回路の駆動制御信号
と圧電部材の充放電電圧の波形とを示す図である。
と圧電部材の充放電電圧の波形とを示す図である。
【００６５】図８に示す波形図は図４に示す波形図と類
似し、以下の点で異なっている。すなわち、図３に示す
駆動回路は端子間電圧Ｖsが０〜＋ＶPの範囲で変化する
ように圧電部材３を充放電させていたが、図７に示すブ
リッジ回路を用いた駆動回路では圧電部材３は端子間電
圧Ｖsが−ＶP〜＋ＶPの範囲で変化するように充放電さ
れている。また、電源電圧ＶPの圧電部材３に対する正
方向の印加は第２回路１２２及び第４回路１２４により
制御され、電源電圧ＶPの圧電部材３に対する逆方向の
印加は第１回路１２１及び第３回路１２３により制御さ
れるので、駆動制御信号Ｓc2，Ｓc4は図３の駆動回路の
駆動制御信号Ｓc1に対応し、駆動制御信号Ｓc1，Ｓc3は
図３の駆動回路の駆動制御信号Ｓc2に対応している。
似し、以下の点で異なっている。すなわち、図３に示す
駆動回路は端子間電圧Ｖsが０〜＋ＶPの範囲で変化する
ように圧電部材３を充放電させていたが、図７に示すブ
リッジ回路を用いた駆動回路では圧電部材３は端子間電
圧Ｖsが−ＶP〜＋ＶPの範囲で変化するように充放電さ
れている。また、電源電圧ＶPの圧電部材３に対する正
方向の印加は第２回路１２２及び第４回路１２４により
制御され、電源電圧ＶPの圧電部材３に対する逆方向の
印加は第１回路１２１及び第３回路１２３により制御さ
れるので、駆動制御信号Ｓc2，Ｓc4は図３の駆動回路の
駆動制御信号Ｓc1に対応し、駆動制御信号Ｓc1，Ｓc3は
図３の駆動回路の駆動制御信号Ｓc2に対応している。
【００６６】従って、図８における駆動制御信号Ｓc2の
波形は図４における駆動制御信号Ｓc1と同一波形とな
り、図８における駆動制御信号Ｓc1の波形は図４におけ
る駆動制御信号Ｓc2と同一波形となっている。なお、駆
動制御信号Ｓc4の波形はスイッチ素子Ｑ４がＮチャンネ
ルＦＥＴであるので、駆動制御信号Ｓc2と逆相の波形と
なっており、駆動制御信号Ｓc3の波形はスイッチ素子Ｑ
３はＰチャンネルＦＥＴであるので、駆動制御信号Ｓc1
と逆相の波形となっている。
波形は図４における駆動制御信号Ｓc1と同一波形とな
り、図８における駆動制御信号Ｓc1の波形は図４におけ
る駆動制御信号Ｓc2と同一波形となっている。なお、駆
動制御信号Ｓc4の波形はスイッチ素子Ｑ４がＮチャンネ
ルＦＥＴであるので、駆動制御信号Ｓc2と逆相の波形と
なっており、駆動制御信号Ｓc3の波形はスイッチ素子Ｑ
３はＰチャンネルＦＥＴであるので、駆動制御信号Ｓc1
と逆相の波形となっている。
【００６７】同図における正方向駆動及び逆方向駆動の
動作メカニズムは図５，図６で説明したものと同一であ
る。従って、ここでは詳細説明を省略する。なお、圧電
部材３の駆動電圧は実質的に２ＶPとなっているので、
圧電部材３の伸縮動作における各伸長量及び各縮小量は
図３の駆動回路よりも略倍となっている。
動作メカニズムは図５，図６で説明したものと同一であ
る。従って、ここでは詳細説明を省略する。なお、圧電
部材３の駆動電圧は実質的に２ＶPとなっているので、
圧電部材３の伸縮動作における各伸長量及び各縮小量は
図３の駆動回路よりも略倍となっている。
【００６８】図９は圧電部材３の駆動回路の第３の実施
形態を示す図である。同図もブリッジ回路を用いて駆動
回路を構成したもので、図７に示す駆動回路の変形例で
ある。すなわち、同図は図７において、駆動回路１２と
制御回路１０との間にロジック回路１２５を介在させて
駆動回路１２'を構成するとともに、接続点ｃと接地点
との間に抵抗Ｒを設けたものである。スイッチ素子Ｑ
１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４の各ゲートはロジック回路１２５
の出力端子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４に接続されている。
また、ロジック回路１２５の入力端子Ｐ５，Ｐ６はそれ
ぞれ制御回路１０の制御端子Ｃ１，Ｃ２に接続され、ロ
ジック回路１２５の入力端子Ｐ５，Ｐ６にそれぞれ駆動
制御信号Ｓc1，Ｓc2が入力されるようになっている。従
って、第３の実施形態では制御回路１０とロジック回路
１２５とにより本発明に係る圧電アクチュエータの駆動
制御手段が構成されている。
形態を示す図である。同図もブリッジ回路を用いて駆動
回路を構成したもので、図７に示す駆動回路の変形例で
ある。すなわち、同図は図７において、駆動回路１２と
制御回路１０との間にロジック回路１２５を介在させて
駆動回路１２'を構成するとともに、接続点ｃと接地点
との間に抵抗Ｒを設けたものである。スイッチ素子Ｑ
１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４の各ゲートはロジック回路１２５
の出力端子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４に接続されている。
また、ロジック回路１２５の入力端子Ｐ５，Ｐ６はそれ
ぞれ制御回路１０の制御端子Ｃ１，Ｃ２に接続され、ロ
ジック回路１２５の入力端子Ｐ５，Ｐ６にそれぞれ駆動
制御信号Ｓc1，Ｓc2が入力されるようになっている。従
って、第３の実施形態では制御回路１０とロジック回路
１２５とにより本発明に係る圧電アクチュエータの駆動
制御手段が構成されている。
【００６９】なお、ロジック回路及びスイッチ素子Ｑ１
〜Ｑ４からなる回路は一般的にＤＣモータの駆動に広く
使用されているブリッジＩＣが使用可能であり、これに
より更に部品数、スペースの削減が可能になる。
〜Ｑ４からなる回路は一般的にＤＣモータの駆動に広く
使用されているブリッジＩＣが使用可能であり、これに
より更に部品数、スペースの削減が可能になる。
【００７０】また、抵抗Ｒは圧電部材３の正方向及び逆
方向の充電電流を制限するものであり、最も高い出力が
得られる抵抗値を設定するとよい。この抵抗Ｒによって
圧電部材３への印加電圧の高周波成分が減少し、図６に
示した圧電部材３の変位波形が鈍るので、変位歪みを低
減することができる。
方向の充電電流を制限するものであり、最も高い出力が
得られる抵抗値を設定するとよい。この抵抗Ｒによって
圧電部材３への印加電圧の高周波成分が減少し、図６に
示した圧電部材３の変位波形が鈍るので、変位歪みを低
減することができる。
【００７１】なお、出力に余裕がある場合は抵抗Ｒを除
去するようにしてもよく、このようにすると、図７にお
いて駆動回路１２と制御回路１０との間にロジック回路
１２５を介在させたものとなり、回路構成はより簡単と
なる。
去するようにしてもよく、このようにすると、図７にお
いて駆動回路１２と制御回路１０との間にロジック回路
１２５を介在させたものとなり、回路構成はより簡単と
なる。
【００７２】第３の実施形態では制御回路１０から出力
される駆動制御信号Ｓc1，Ｓc2がロジック回路１２５で
下記表１に示す論理に従って駆動制御信号Ｓp1，Ｓp2，
Ｓp3，Ｓp4に変換されて各スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ
３，Ｑ４に入力されるようになっている。
される駆動制御信号Ｓc1，Ｓc2がロジック回路１２５で
下記表１に示す論理に従って駆動制御信号Ｓp1，Ｓp2，
Ｓp3，Ｓp4に変換されて各スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ
３，Ｑ４に入力されるようになっている。
【００７３】
【表１】
【００７４】図１０は図９に示す駆動回路の駆動制御信
号と圧電部材の充放電電圧の波形とを示す図である。
号と圧電部材の充放電電圧の波形とを示す図である。
【００７５】図９の駆動回路は図７の駆動回路と基本構
成が同一で、駆動制御信号がＳc1〜Ｓc4からＳp1〜Ｓp4
に変更されたものであるから、図１０は図８において、
駆動制御信号Ｓc1〜Ｓc4を駆動制御信号Ｓp1〜Ｓp4に変
更し、圧電部材３の端子間電圧Ｖsの＋ＶPへの立上り及
び−ＶPへの立下りの波形を鈍らせたものとなってい
る。端子間電圧Ｖsの立上時及び立下時の波形が鈍って
いるのは、抵抗Ｒにより充電電流が制限されているた
め、印加電圧切換時の電圧が抵抗Ｒと圧電部材３の容量
との時定数で変化するためである。抵抗Ｒを除去すれ
ば、図１０は図８と同一波形となる。
成が同一で、駆動制御信号がＳc1〜Ｓc4からＳp1〜Ｓp4
に変更されたものであるから、図１０は図８において、
駆動制御信号Ｓc1〜Ｓc4を駆動制御信号Ｓp1〜Ｓp4に変
更し、圧電部材３の端子間電圧Ｖsの＋ＶPへの立上り及
び−ＶPへの立下りの波形を鈍らせたものとなってい
る。端子間電圧Ｖsの立上時及び立下時の波形が鈍って
いるのは、抵抗Ｒにより充電電流が制限されているた
め、印加電圧切換時の電圧が抵抗Ｒと圧電部材３の容量
との時定数で変化するためである。抵抗Ｒを除去すれ
ば、図１０は図８と同一波形となる。
【００７６】上記のように、図１０における圧電アクチ
ュエータの動作は端子間電圧Ｖsの変化の仕方が異なる
のみでその他の点では図８の場合と同様となる。従っ
て、ここでも動作メカニズムの詳細説明を省略する。
ュエータの動作は端子間電圧Ｖsの変化の仕方が異なる
のみでその他の点では図８の場合と同様となる。従っ
て、ここでも動作メカニズムの詳細説明を省略する。
【００７７】上記のようにインパクト形圧電アクチュエ
ータ１の圧電部材３への分極方向への充電速度と分極方
向と逆方向への充電速度とを略同一にし、分極方向への
充電時間と分極方向と逆方向への充電時間とを異なら
せ、両時間の比を比較的大きい比で制御するようにして
いるので、従来の駆動回路のように充電電流を制限する
抵抗等の素子を設ける必要がなくなり、この分駆動回路
が簡素になり、圧電アクチュエータ１の小型化、低廉化
が可能になる。
ータ１の圧電部材３への分極方向への充電速度と分極方
向と逆方向への充電速度とを略同一にし、分極方向への
充電時間と分極方向と逆方向への充電時間とを異なら
せ、両時間の比を比較的大きい比で制御するようにして
いるので、従来の駆動回路のように充電電流を制限する
抵抗等の素子を設ける必要がなくなり、この分駆動回路
が簡素になり、圧電アクチュエータ１の小型化、低廉化
が可能になる。
【００７８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
圧電アクチュエータの駆動装置を、分極方向に沿った方
向に充放電することによって圧電体を伸縮させる充放電
手段と、この充放電手段を制御し、圧電体を伸長させる
ための充放電と縮小させるための充放電とを、略同一の
速度でかつ異なる駆動時間で行なわせる制御手段とで構
成したので、従来の駆動回路のように充放電電流を制限
する抵抗等の素子を設ける必要がなくなり、この分、駆
動回路が簡素になり、圧電アクチュエータの小型化、低
廉化が可能になる。従って、スペースやコストが問題と
なる携帯機器にも好適な圧電アクチュエータを実現する
ことができる。
圧電アクチュエータの駆動装置を、分極方向に沿った方
向に充放電することによって圧電体を伸縮させる充放電
手段と、この充放電手段を制御し、圧電体を伸長させる
ための充放電と縮小させるための充放電とを、略同一の
速度でかつ異なる駆動時間で行なわせる制御手段とで構
成したので、従来の駆動回路のように充放電電流を制限
する抵抗等の素子を設ける必要がなくなり、この分、駆
動回路が簡素になり、圧電アクチュエータの小型化、低
廉化が可能になる。従って、スペースやコストが問題と
なる携帯機器にも好適な圧電アクチュエータを実現する
ことができる。
【００７９】また、圧電体を伸長させるための充放電時
間と縮小させるための充放電時間との比が０．５でない
矩形波状の電圧を圧電体に印加するようにしたので、圧
電体を駆動するための電圧を容易に生成することができ
る。
間と縮小させるための充放電時間との比が０．５でない
矩形波状の電圧を圧電体に印加するようにしたので、圧
電体を駆動するための電圧を容易に生成することができ
る。
【００８０】また、充放電手段を、圧電体に分極方向の
電圧を印加して分極方向と逆方向に蓄積された電荷を放
電する第１の駆動手段と、圧電体に分極方向と逆方向の
電圧を印加して分極方向に蓄積された電荷を放電すると
ともに、圧電体を分極方向と逆方向に充電する第２の駆
動手段とで構成したので、圧電体には見かけ上、印加電
圧の２倍の電圧が駆動電圧として供給され、単位電圧当
たりの圧電体の伸縮量が増大して圧電アクチュエータの
駆動効率が向上する。また、第１の駆動手段は圧電体を
分極方向に充電し、第２の駆動手段は圧電体の分極方向
に蓄積された電荷を放電するようにしたので、圧電体に
は充電時にだけ電源から電流が供給され、電力消費を抑
制することができる。
電圧を印加して分極方向と逆方向に蓄積された電荷を放
電する第１の駆動手段と、圧電体に分極方向と逆方向の
電圧を印加して分極方向に蓄積された電荷を放電すると
ともに、圧電体を分極方向と逆方向に充電する第２の駆
動手段とで構成したので、圧電体には見かけ上、印加電
圧の２倍の電圧が駆動電圧として供給され、単位電圧当
たりの圧電体の伸縮量が増大して圧電アクチュエータの
駆動効率が向上する。また、第１の駆動手段は圧電体を
分極方向に充電し、第２の駆動手段は圧電体の分極方向
に蓄積された電荷を放電するようにしたので、圧電体に
は充電時にだけ電源から電流が供給され、電力消費を抑
制することができる。
【００８１】また、第１，第２の駆動手段をスイッチ回
路のみからなるブリッジ回路で構成したので、駆動手段
を構成する素子数を可能な限り少なくでき、制御性能の
高い圧電アクチュエータをコンパクト、かつ、低価格で
実現することができる。
路のみからなるブリッジ回路で構成したので、駆動手段
を構成する素子数を可能な限り少なくでき、制御性能の
高い圧電アクチュエータをコンパクト、かつ、低価格で
実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る圧電アクチュエータの一実施形態
の概略構成を示す斜視図である。
の概略構成を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る圧電アクチュエータにおける当接
部材の駆動部材への取付状態を示す要部断面図である。
部材の駆動部材への取付状態を示す要部断面図である。
【図３】本発明に係る圧電アクチュエータの駆動装置の
具体回路の第１の実施形態を示す図である。
具体回路の第１の実施形態を示す図である。
【図４】図３に示す駆動回路の駆動制御信号と圧電部材
の充放電電圧の波形を示す図である。
の充放電電圧の波形を示す図である。
【図５】充放電速度が略同一で、充電時間と放電時間と
が異なるパルス状の駆動電圧を印加したときの圧電部材
の変位の過渡応答を示す図である。
が異なるパルス状の駆動電圧を印加したときの圧電部材
の変位の過渡応答を示す図である。
【図６】充放電速度が略同一で、充電時間が放電時間よ
り長いデューティ比を有するパルス状の駆動電圧を圧電
部材に印加したときの被駆動部材の移動状態を説明する
ための図である。
り長いデューティ比を有するパルス状の駆動電圧を圧電
部材に印加したときの被駆動部材の移動状態を説明する
ための図である。
【図７】本発明に係る圧電アクチュエータの駆動装置の
具体回路の第２の実施形態を示す図である。
具体回路の第２の実施形態を示す図である。
【図８】図７に示す駆動回路の駆動制御信号と圧電部材
の充放電電圧の波形を示す図である。
の充放電電圧の波形を示す図である。
【図９】本発明に係る圧電アクチュエータの駆動装置の
具体回路の第３の実施形態を示す図である。
具体回路の第３の実施形態を示す図である。
【図１０】図９に示す駆動回路の駆動制御信号と圧電部
材の充放電電圧の波形を示す図である。
材の充放電電圧の波形を示す図である。
【図１１】従来のインパクト形圧電アクチュエータの概
略構成を示す図である。
略構成を示す図である。
【図１２】従来のインパクト形圧電アクチュエータの駆
動回路の低速充電回路に適用される第１の回路例であ
る。
動回路の低速充電回路に適用される第１の回路例であ
る。
【図１３】従来のインパクト形圧電アクチュエータの駆
動回路の低速充電回路に適用される第２の回路例であ
る。
動回路の低速充電回路に適用される第２の回路例であ
る。
【図１４】従来のインパクト形圧電アクチュエータの駆
動回路の低速放電回路に適用される回路例である。
動回路の低速放電回路に適用される回路例である。
【符号の説明】 １ 圧電アクチュエータ ２ 支持部材 ３ 圧電部材（圧電体） ４ 駆動部材 ５ 被駆動部材 ６，７ 板バネ ８ 充電回路（第１の駆動手段，充放電手段） ９ 放電回路（第２の駆動手段，充放電手段） １０ 制御回路（駆動制御手段，制御手段） １１ 電源 １２，１２' ブリッジ回路（第１，第２の駆動手段，
充放電手段） １２１ 第１回路 １２２ 第２回路 １２３ 第３回路 １２４ 第４回路 １２５ ロジック回路（駆動制御手段，制御手段） Ｑ１〜Ｑ４ スイッチ素子（ＦＥＴ） Ｒ 抵抗
充放電手段） １２１ 第１回路 １２２ 第２回路 １２３ 第３回路 １２４ 第４回路 １２５ ロジック回路（駆動制御手段，制御手段） Ｑ１〜Ｑ４ スイッチ素子（ＦＥＴ） Ｒ 抵抗
Claims (4)
- 【請求項１】 圧電体と、上記圧電体の分極方向の一方
端に固定された駆動部材と、上記圧電体の他方端に固定
された支持部材と、上記駆動部材に当該駆動部材の移動
方向に相対的に移動可能に所定の摩擦力で係合された被
駆動部材と、上記圧電体に分極方向の電圧を印加して当
該分極方向に充放電する第１の駆動手段と、上記圧電体
に分極方向と逆方向の電圧を印加して上記第１の駆動手
段の充放電速度と略同一の速度で当該分極方向と逆方向
に充放電する第２の駆動手段と、上記第１の駆動手段の
駆動時間と上記第２の駆動手段の駆動時間とを異ならせ
て上記第１，第２の駆動手段を交互に駆動する駆動制御
手段とを備えたことを特徴とする圧電アクチュエータ。 - 【請求項２】 上記第１の駆動手段は、上記圧電体の分
極方向と逆方向に蓄積された電荷を放電し、かつ、上記
圧電体を分極方向に充電する充放電回路からなり、上記
第２の駆動手段は、上記圧電体の分極方向に蓄積された
電荷を放電し、かつ、上記圧電体を分極方向と逆方向に
充電する充放電回路からなることを特徴とする請求項１
記載の圧電アクチュエータ。 - 【請求項３】 上記第１の駆動手段は、上記圧電体を分
極方向に充電する充電回路からなり、上記第２の駆動手
段は、上記圧電体の分極方向に蓄積された電荷を放電す
る放電回路からなることを特徴とする請求項１記載の圧
電アクチュエータ。 - 【請求項４】 上記第１，第２の駆動手段は、スイッチ
回路からなる第１回路と第２回路とが直列接続されると
ともに、スイッチ回路からなる第３回路と第４回路とが
直列接続され、更に上記第１回路と上記第２回路との接
続点と上記第３回路と上記第４回路との接続点との間に
圧電体が接続され、かつ、上記第２回路と上記第３回路
との接続点と上記第１回路と上記第４回路との接続点と
の間に電源が接続されてなるブリッジ回路からなり、上
記第２回路及び上記第４回路と上記電源とで上記第１の
駆動手段が構成され、上記第１回路及び上記第３回路と
上記電源とで上記第２の駆動回路が構成されることを特
徴とする請求項１記載の圧電アクチュエータ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27118499A JP3171187B2 (ja) | 1999-03-30 | 1999-09-24 | 圧電アクチュエータ |
| US09/536,925 US6483226B1 (en) | 1999-03-30 | 2000-03-28 | Impact actuator and equipment using the impact actuator |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8962699 | 1999-03-30 | ||
| JP11-89626 | 1999-03-30 | ||
| JP27118499A JP3171187B2 (ja) | 1999-03-30 | 1999-09-24 | 圧電アクチュエータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000350482A true JP2000350482A (ja) | 2000-12-15 |
| JP3171187B2 JP3171187B2 (ja) | 2001-05-28 |
Family
ID=26431048
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27118499A Expired - Lifetime JP3171187B2 (ja) | 1999-03-30 | 1999-09-24 | 圧電アクチュエータ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6483226B1 (ja) |
| JP (1) | JP3171187B2 (ja) |
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2000
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